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DE60216119T2 - INTEGRATED ARRAYS OF MODULATORS AND LASERS ON ELECTRONIC SWITCHING - Google Patents

INTEGRATED ARRAYS OF MODULATORS AND LASERS ON ELECTRONIC SWITCHING Download PDF

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DE60216119T2
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laser
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John Nashua TREZZA
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Xanoptix Inc
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Abstract

A unit has an array of lasers having an emission surface through which beams can be emitted in a substantially vertical direction so as to define an emission side, drive electronics connected to a side opposite to the emission side of the array of lasers, and an array of modulators, located on the emission side of the array of lasers and connected to the drive electronics.

Description

Die Erfindung betrifft optische Vorrichtungen und insbesondere optische Vorrichtungen mit Lasern und Modulatoren.The The invention relates to optical devices, and more particularly to optical ones Devices with lasers and modulators.

Wie hierin angegeben, sind Gegenstände in den Figuren in der Form #1,#2 bezeichnet, wobei #1 die relevante Figur anzeigt und #2 den Gegenstand in dieser Figur anzeigt. Zum Beispiel bedeutet ein Bezugszeichen 7-218 den Gegenstand 218 in 7.As indicated herein, items in the figures are designated in the form # 1 , # 2 , where # 1 indicates the relevant figure and # 2 indicates the item in that figure. For example, a reference number 7 means 218 the object 218 in 7 ,

Bei manchen Halbleiterlasersystemen, bei denen ein oder einige Kantenemissionslaser in einer linearen Anordnung verwendet wurden, hat man externe Modulation verwendet. Einkanalgebrauch von Modulatoren mit Kantenemissionslasern in einer Packung ist ebenfalls dafür möglich. Gegenwärtig sind jedoch zweidimensionale Anordnungen (Arrays) von Kantenemissions-Halbleiterlasern nicht im Stand der Technik, weshalb im Stand der Technik keine Integration von Modulatoren mit solchen Lasern möglich ist. Außerdem stehen im Stand der Technik keine Modulatoren zur Verfügung, die mit Anordnungen von Lasern im Vertikalemissionsformat integriert werden können, insbesondere vertikal emittierenden Hohlraumlasern, Lasern mit verteilter Rückkopplung (DFB) und Lasern mit verteilten Bragg-Reflektoren (DBR).at Some semiconductor laser systems in which one or a few edge emission lasers used in a linear array, one has external modulation used. Single-channel use of modulators with edge emission lasers in a pack is also possible. Present are however, two-dimensional arrays of edge emission semiconductor lasers not in the prior art, which is why in the prior art no integration of modulators with such lasers is possible. In addition, stand in the Prior art no modulators available with arrangements of Lasers in vertical emission format can be integrated, in particular vertically emitting cavity lasers, distributed feedback lasers (DFB) and distributed Bragg reflector (DBR) lasers.

Die EP-0760544 offenbart eine integrierte Vorrichtung mit einem monolithisch ausgebildeten Lichtemissionselement und einem externen Modulator-/Lichtempfangselement.The EP-0760544 discloses an integrated device with a monolithic formed light emitting element and an external modulator / light receiving element.

Gemäß der Erfindung wird eine Einheit gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.According to the invention becomes a unit according to claim 1 provided.

Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 definiert.Further embodiments are in the dependent claims 2 to 10 defined.

Wie in 1 gezeigt, integrieren wir Anordnungen von Vertikalhohlraummodulatoren 1-100 oben auf einer Anordnung von Lasern 1-102, welche oben auf Elektronikteilen 1-104 (einem oder mehreren Chips) integriert sind.As in 1 shown, we incorporate arrangements of vertical cavity modulators 1- 100 on top of an array of lasers 1- 102 which are on top of electronics parts 1- 104 (one or more chips) are integrated.

Durch Anwendung der Lehren der Erfindung erzeugen wir große Laseranordnungen, bei denen jeder der Laser mit konstanter Lichtausgabe betrieben werden kann und die Ausgabe mittels externer Modulation sehr schnell ein- und ausgeschaltet werden kann, durch Integration der Modulatoranordnung oben auf der Laseranordnung. Als Folge können wir eine Anzahl von Vorteilen erzielen, einschließlich Umschalten von Lasern in einer zweidimensionalen Halbleiterlaseranordnung mit Raten sowohl unterhalb als auch oberhalb von 10 GB/s.By Applying the teachings of the invention, we create large laser arrays, where each of the lasers operate with constant light output can be and the output by means of external modulation very fast can be switched on and off by integration of the modulator arrangement on top of the laser array. As a result, we can get a number of benefits achieve, including Switching lasers in a two-dimensional semiconductor laser array at rates both below and above 10 GB / s.

Die hierin beschriebenen Vorteile und Merkmale sind einige der vielen Vorteile und Merkmale, die aus repräsentativen Ausführungsformen erhältlich sind, und werden nur zur Unterstützung beim Verständnis der Erfindung dargeboten. Selbstverständlich sind diese nicht als Einschränkungen der durch die Ansprüche definierten Erfindung oder Einschränkungen von Äquivalenten zu den Ansprüchen anzusehen. Zum Beispiel sind einige dieser Vorteile einander ausschließend, indem sie nicht gleichzeitig in einer einzigen Ausführungsform vorhanden sein können. Ähnlich sind manche Vorteile auf einen Aspekt der Erfindung anwendbar und auf andere nicht anwendbar. Daher ist diese Zusammenfassung von Merkmalen und Vorteilen nicht als dispositiv bei Äquivalenzermittlung anzusehen. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich in der folgenden Beschreibung, aus den Zeichnungen und aus den Ansprüchen.The Advantages and features described herein are some of the many Advantages and features arising from representative embodiments available are, and are only for support in understanding presented the invention. Of course, these are not as restrictions the one by the claims defined invention or limitations of equivalents to the claims to watch. For example, some of these benefits are mutually exclusive by: they can not be present simultaneously in a single embodiment. Are similar Some advantages are applicable to an aspect of the invention others not applicable. Therefore, this is a summary of features and advantages should not be regarded as dispositive in equivalency determination. Other features and advantages of the invention will become apparent in the following description, from the drawings and from the claims.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS

1 ist eine vereinfachte Darstellung einer Anordnung von Modulatoren oben auf einer Anordnung von Lasern oben auf einer elektronischen integrierten Schaltung; 1 Figure 5 is a simplified illustration of an array of modulators on top of an array of lasers on top of an electronic integrated circuit;

2 zeigt einen Modulator mit Verbindungen, die so ausgebildet sind, dass sie mit Verbindungen auf einer integrierten Beispiel-Laservorrichtung zusammenpassen, die vorher mit einem elektronischen Chip integriert wurde; 2 shows a modulator with connections designed to mate with connections on a sample integrated laser device previously integrated with an electronic chip;

3 zeigt einen alternativen Modulator mit Verbindungen, die unter Verwendung eines Rückseitenprozesses so ausgebildet sind, dass sie mit Verbindungen auf einer Laservorrichtung zusammenpassen; 3 shows an alternative modulator with connections formed using a backside process to mate with connections on a laser device;

4 zeigt eine Modulatoreinheit zur Verwendung mit diskreten redundanten Lasern oder einem Einzellaser mit redundanten aktiven Bereichen; 4 shows a modulator unit for use with discrete redundant lasers or a single laser with redundant active areas;

5A zeigt einen Kantenemissions-DFB nach dem Stand der Technik; 5A shows an edge emission DFB according to the prior art;

5B zeigt einen Kantenemissions-DBR nach dem Stand der Technik; 5B shows an edge emission DBR of the prior art;

6 zeigt die durch Integrieren der Vorrichtungen eine nach der anderen in einer eindimensionalen (d.h. linearen) Anordnung erzeugten parallelen Sender-Empfänger; 6 shows the parallel transmitter-receivers produced by integrating the devices one after the other in a one-dimensional (ie, linear) arrangement;

7A zeigt einen nach oben oder "oben" emittierenden gittergekoppelten Laser; 7A shows a top or "top" emitting grating-coupled laser;

7B zeigt einen nach unten oder "unten" emittierenden gittergekoppelten Laser; 7B shows a downwardly or "down" emitting grating-coupled laser;

7C zeigt einen nach oben oder "oben" emittierenden mikrospiegelgekoppelten Laser; 7C shows an upwardly or "upwardly" emitting micromirror coupled laser;

7D zeigt einen nach unten oder "unten" emittierenden mikrospiegelgekoppelten Laser; 7D shows a downwardly or "down" emitting micromirror coupled laser;

8 zeigt eine zweidimensionale Anordnung, die mit Treiberelektronikteilen, die in der integrierten Schaltung vorhanden sind, auf welcher sie montiert wurden, innig integriert ist; 8th shows a two-dimensional arrangement, which is intimately integrated with driver electronics, which are present in the integrated circuit on which they were mounted;

9 zeigt eine Seitenansicht eines Teils einer integrierten Einheit bestehend aus einer zweidimensionalen Anordnung von gittergekoppelten DBR-Lasern, die durch Anwendung der Lehren der Erfindung mit Modulatoren und einer elektronischen integrierten Schaltung integriert sind; 9 Fig. 12 is a side view of a portion of an integrated unit consisting of a two-dimensional array of lattice-coupled DBR lasers integrated by using the teachings of the invention with modulators and an electronic integrated circuit;

10 ist eine Methode nach dem Stand der Technik, eine oberseitig aktive Vorrichtung mit Elektronikteilen zu integrieren; 10 is a method according to the prior art to integrate a top side active device with electronic parts;

11 ist ein Beispiel für eine Beispielmethode, eine oberseitig aktive Vorrichtung mit Elektronikteilen zu integrieren; 11 is an example of an example method of integrating a top side active device with electronics parts;

12 ist ein Beispiel für einen Prozess zur Ausbildung einer oberseitig aktiven optischen Vorrichtung in Übereinstimmung mit den Lehren der Erfindung; 12 FIG. 10 is an example of a process for forming a topside active optical device in accordance with the teachings of the invention; FIG.

13A ist eine Schnitt-Seitenansicht eines Teils eines in Übereinstimmung mit der Variante von 12 der Erfindung bearbeiteten Vorrichtungs-Wafers; 13A is a sectional side view of a portion of one in accordance with the variant of 12 of the invention processed device wafer;

13B zeigt eine alternative Variante des Prozesses von 12; 13B shows an alternative variant of the process of 12 ;

14 ist ein Beispiel für eine alternative Variante eines Prozesses zur Ausbildung einer oberseitig aktiven optischen Vorrichtung in Übereinstimmung mit den Lehren der Erfindung; 14 FIG. 10 is an example of an alternative variant of a process for forming a top-side active optical device in accordance with the teachings of the invention; FIG.

15A bis 15G sind Beispiele für Konfigurationen von Einheiten, die unter Verwendung von in Übereinstimmung mit den Lehren der Erfindung erzeugten Vorrichtungen hergestellt werden können; 15A to 15G Examples of configurations of units that can be made using devices produced in accordance with the teachings of the invention;

16 veranschaulicht Methoden, die man im Stand der Technik benutzt hat, um mehrere unten emittierende Vorrichtungen zu befestigen, um einen integrierten elektrooptischen Chip auszubilden; 16 Fig. 12 illustrates methods used in the prior art to attach a plurality of down-emitting devices to form an integrated electro-optic chip;

17 veranschaulicht Methoden, die man im Stand der Technik benutzt hat, um mehrere unten emittierende Vorrichtungen zu befestigen, um einen integrierten elektrooptischen Chip auszubilden; 17 Fig. 12 illustrates methods used in the prior art to attach a plurality of down-emitting devices to form an integrated electro-optic chip;

18 veranschaulicht eine einzelne optische Vorrichtung mit Kontaktflecken, die in der durch ihren Hersteller spezifizierten Position platziert sind, und einen Teil eines elektronischen Wafers mit Kontaktflecken, die in der durch seinen Hersteller spezifizierten Position platziert sind; 18 Figure 12 illustrates a single optical device with contact pads placed in the position specified by its manufacturer and a portion of an electronic wafer with contact pads placed in the position specified by its manufacturer;

19 veranschaulicht eine einzelne optische Vorrichtung mit Kontaktflecken, die in der durch ihren Hersteller spezifizierten Position platziert sind, und einen Teil eines elektronischen Wafers mit Kontaktflecken, die in der durch seinen Hersteller spezifizierten Position platziert sind und die nicht alle ausgerichtet sind; 19 Figure 12 illustrates a single optical device with contact pads placed in the position specified by its manufacturer and a portion of an electronic wafer with contact pads placed in the position specified by its manufacturer and not all aligned;

20 veranschaulicht in einer vereinfachten Hochzonenübersicht eine Beispielmethode in Übereinstimmung mit den Lehren der Erfindung; 20 Figure 5 illustrates, in a simplified high-level overview, an example method in accordance with the teachings of the invention;

21 und 22 veranschaulichen mehrere verschiedene Beispiele für Zugangswegvarianten; 21 and 22 illustrate several different examples of access route variants;

23 veranschaulicht eine optische Anordnung, bei der Fasern vom Substrat getra gen werden; 23 Fig. 10 illustrates an optical arrangement in which fibers are carried from the substrate;

24 veranschaulicht eine optische Anordnung, die eine Anordnung von Mikrolinsen aufnimmt; 24 Fig. 11 illustrates an optical arrangement which accommodates an array of microlenses;

25 veranschaulicht einen Beispielprozess zur Erzeugung einer Variante eines elektrooptischen Chips in Übereinstimmung mit den beschriebenen Techniken; 25 FIG. 12 illustrates an example process for generating a variant of an electro-optic chip in accordance with the described techniques; FIG.

26 veranschaulicht einen Beispielprozess zur Erzeugung einer Variante eines elektrooptischen Chips in Übereinstimmung mit den beschriebenen Techniken; 26 FIG. 12 illustrates an example process for generating a variant of an electro-optic chip in accordance with the described techniques; FIG.

27 veranschaulicht einen Beispielprozess zur Erzeugung einer Variante eines elektrooptischen Chips in Übereinstimmung mit den beschriebenen Techniken; 27 FIG. 12 illustrates an example process for generating a variant of an electro-optic chip in accordance with the described techniques; FIG.

28 veranschaulicht einen Beispielprozess zur Erzeugung einer Variante eines elektrooptischen Chips in Übereinstimmung mit den beschriebenen Techniken; 28 FIG. 12 illustrates an example process for generating a variant of an electro-optic chip in accordance with the described techniques; FIG.

29 veranschaulicht eine andere optoelektronische Vorrichtung, die auf eine ähnliche Weise wie die Vorrichtungen von 25 bis 27 erzeugt wird; 29 FIG. 12 illustrates another optoelectronic device that operates in a similar manner to the devices of FIG 25 to 27 is produced;

30 veranschaulicht einen für unten aktive Vorrichtungen nutzbaren Prozess; 30 illustrates a process useful for bottom-active devices;

31A veranschaulicht einen für oberseitig aktive Vorrichtungen nutzbaren Prozess; 31A Figure 11 illustrates a process useful for top-side active devices;

31B veranschaulicht den Prozess, bei dem die Kontaktlöcher beschichtet, aber nicht gefüllt werden, und kann bei der Ausrichtung helfen; 31B illustrates the process by which the via holes are coated but not filled, and can aid in alignment;

31C zeigt einen optischen Chip, dessen Kontakte durch Musterung von Spuren auf dem Substrat umgeleitet sind, um zu den Kontakten auf einem anderen Chip zu passen; 31C shows an optical chip whose contacts are redirected by patterning tracks on the substrate to match the contacts on another chip;

31D zeigt die Kontakte auf einem optischen Chip, die durch Musterung von Spuren auf dem Substrat umgeleitet sind, um zu den Kontakten auf einem optischen Chip zu passen; 31D Figure 11 shows the contacts on an optical chip, which are redirected by patterning tracks on the substrate to match the contacts on an optical chip;

32 veranschaulicht einen ähnlichen Prozess wie in 31A gezeigt, außer dass kein Träger verwendet wird; 32 illustrates a similar process as in 31A shown except that no carrier is used;

33 veranschaulicht einen Verbindungs-Chip oder Adapter-Chip, der zum Verbinden von verschiedenen Vorrichtungen verwendet wird; 33 Figure 4 illustrates a connection chip or adapter chip used to connect various devices;

34 veranschaulicht eine andere alternative Realisierung, welche eine weitere Variante der Adapter- oder Verbindungs-Chip-Variante ist, die für oberseitig aktive Vorrichtungen nutzbar ist; 34 Fig. 12 illustrates another alternative implementation, which is another variant of the adapter or connection chip variant that is usable for top-side active devices;

35A veranschaulicht die Stapelung von zwei oder mehr Vorrichtungen unter Verwendung von einer der Techniken in Übereinstimmung mit der Erfindung; 35A Figure 4 illustrates the stacking of two or more devices using one of the techniques in accordance with the invention;

35B veranschaulicht einen unter Verwendung von einer der Techniken in Übereinstimmung mit der Erfindung oben auf einen Laser gestapelten Modulator; 35B Figure 12 illustrates a modulator stacked on top of a laser using one of the techniques in accordance with the invention;

36 veranschaulicht eine Anordnung von zum Beispiel einhundert Lasern, die unter Verwendung von einer der Techniken in Übereinstimmung mit der Erfindung erzeugt sind; 36 Fig. 10 illustrates an arrangement of, for example, one hundred lasers produced using one of the techniques in accordance with the invention;

37 veranschaulicht die Schritte bei der Erzeugung einer Anordnung für eine DWDM-Anwendung unter Verwendung einer der Techniken in Übereinstimmung mit der Erfindung; 37 Figure 12 illustrates the steps in creating an array for a DWDM application using one of the techniques in accordance with the invention;

38 veranschaulicht den Prozess von 37 aus einer Draufsicht; 38 illustrates the process of 37 from a plan view;

39 ist ein Flussdiagramm für einen Beispielprozess in Übereinstimmung mit der Erfindung; 39 Fig. 10 is a flow chart for an example process in accordance with the invention;

40 zeigt die verschiedenen Bauteile, wie sie in Übereinstimmung mit dem Prozess von 39 zusammengefügt werden; 40 shows the different components as they are in accordance with the process of 39 to be joined together;

41 ist ein Flussdiagramm für einen anderen Beispielprozess in Übereinstimmung mit der Erfindung; und 41 Fig. 10 is a flowchart for another example process in accordance with the invention; and

42A bis 42D zeigen Beispielzusammenstellungen, die in Übereinstimmung mit der Erfindung in Übereinstimmung mit den darin beschriebenen Lehren konstruiert sind. 42A to 42D show example compilations constructed in accordance with the invention in accordance with the teachings described therein.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die gemeinhin übertragenen US-Patentanmeldungen Seriennummern 09/896,189, 09/897,160, 09/896,983, 09/897,158 und 09/896,665 und die provisorischen US-Patentanmeldungen Seriennummern 60/365,998 und 60/366,032 beschreiben verschiedene Arten, optische Vorrichtungen zu integrieren, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslaser (VCSELs), Laser mit verteilter Rückkopplung (DFB) und Laser mit verteilten Bragg-Reflektoren (DBR), mit Elektronikteilen, unabhängig davon, ob sie oberseitig oder unten/rückseitig emittierend sind, um große optische Varrichtungsanordnungen auszubilden und um Module zu erzeugen, die die resultierenden integrierten optoelektronischen Chips enthalten.The commonly transmitted U.S. Patent Application Serial Nos. 09 / 896,189, 09 / 897,160, 09 / 896,983, 09 / 897,158 and 09 / 896,665 and the provisional US patent applications Serial numbers 60 / 365,998 and 60 / 366,032 describe various Ways to integrate optical devices, including, but not limited on vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs), distributed feedback lasers (DFB) and Distributed Bragg Reflector (DBR) Lasers, with Electronic Parts, independently of, whether they are top or bottom / back are emissive to big ones form optical varistor arrangements and to produce modules containing the resulting integrated optoelectronic chips.

Bei hohen Datenraten, zum Beispiel ungefähr 10 GB/s oder mehr, wird es schwierig, Laser durch direkte Modulation der Laser schnell genug ein- und auszuschalten, um Datenübertragung zu bewerkstelligen. Dies liegt daran, dass bei direkter Modulation eines Lasers während des Umschaltens Elektronen in die Laservorrichtung eingespeist werden müssen, um Licht zu erzeugen, und dann aus der Laservorrichtung herausgezogen werden müssen, um das Licht auszuschalten. Dieser Prozess benötigt jedoch eine minimale Menge von Zeit und Leistung zur Ausführung, aufgrund von fundamentalen physikalischen Eigenschaften des Lasers wie z.B. der Kapazität der Vorrichtung und der Abklingzeitkonstante von Elektronen im aktiven Bereich des Lasers.at high data rates, for example, about 10 GB / s or more It is difficult to laser fast enough by direct modulation of the laser turn on and off to transfer data to accomplish. This is because with direct modulation a laser while of switching electrons are fed to the laser device have to, to generate light, and then pulled out of the laser device Need to become, to turn off the light. However, this process requires a minimal amount of time and performance to execute, due to fundamental physical properties of the laser such as. the capacity the device and the decay time constant of electrons in the active Area of the laser.

Wenn die Geschwindigkeit höher wird, nähert sich die nötige Umschaltrate der minimalen Zeit, die dafür nötig ist, und übersteigt sie schließlich. Als Folge wird der Prozess äußerst schwierig (und schließlich unmöglich) durchzuführen, wenn die Geschwindigkeiten zunehmen.If the speed higher is approaching the necessary Switching rate of the minimum time required and exceeds she finally. As a result, the process becomes extremely difficult (and finally impossible) perform, when the speeds increase.

Als Folge wird bei höheren Geschwindigkeiten optische Datenübertragung häufig unter Verwendung dessen durchgeführt, was "externe Modulation" genannt wird, bei der ein Laser dauernd "Ein" bleibt und eine zum Laser externe Vorrichtung die Lichtausgabe steuert. Bei einem Typ von externer Modulation wird eine als "Modulator" bekannte Vorrichtung zwischen dem Ausgangsteil des Lasers und der Außenwelt platziert. Der Modulator schaltet das Licht ein und aus, wodurch die Wirkung erzeugt wird, dass der Laser ein- und ausgeschaltet wird. Ein Modulator kann das Licht relativ zur Außenwelt mittels einer Anzahl von Mechanismen ein- und ausschalten. Zum Beispiel kann ein Modulator in einem Zustand transparent und in einem anderen absorbierend sein, ein Modulator in einem Zustand transparent und in einem anderen reflektierend sein, ein Modulator kann Änderungen des Brechungsindex benutzen, um die Resonanzwellenlänge des Lasers so zu verschieben, dass die Hohlraumresonanzwellenlänge nicht mehr im Verstärkungsbereich liegt, oder ein Modulator kann irrelevant für und dann störend für die optischen Eigenschaften des Lasers sein (zum Beispiel durch Änderung des effektiven Reflexionsvermögens eines der Laserspiegel auf eine umschaltbare Weise).When Episode will be at higher Speeds optical data transmission often performed using it, what is called "external modulation" at a laser stays "on" and on for a while Laser external device controls the light output. With a guy from external modulation, a device known as a "modulator" becomes between the output part the laser and the outside world placed. The modulator turns the light on and off, causing The effect generated is that the laser is turned on and off becomes. A modulator can control the light relative to the outside world Turn on and off by a number of mechanisms. For example For example, one modulator can be transparent in one state and another in one state be absorbent, a modulator in a state transparent and be reflective in another, a modulator can make changes use the refractive index to get the resonance wavelength of the Lasers move so that the cavity resonance wavelength is not more in the reinforcement area lies, or a modulator may be irrelevant to and then disruptive to the optical Properties of the laser (for example, by change the effective reflectivity one of the laser mirrors in a switchable manner).

Unsere oben erwähnten Anmeldungen und die Beschreibung hierin beschreiben Prozesse, die auch benutzt werden können, um eine große Anordnung von Modulatoren mit einer Anordnung von aktiven optischen Vorrichtungen (z.B. Laserdioden und/oder Detektoren) auf einem elektronischen Chip zu integrieren.Our mentioned above Applications and the description herein describe processes that can also be used a big one Arrangement of modulators with an arrangement of active optical Devices (e.g., laser diodes and / or detectors) on an electronic device Integrate chip.

Wir beschreiben hierin speziell einige modulatorspezifische Aspekte der früheren Methoden, um sicherzustellen, dass Modulatoren mit den darin beschriebenen vertikal emittierenden Lasern kompatibel gemacht werden, und sicherzustellen, dass die Modulatoren mit einem elektronischen Chip, der bereits Laser enthält, stromkontaktkompatibel gemacht werden.We specifically describe herein some modulator-specific aspects the former Methods to ensure that modulators with the ones described therein vertically emitting lasers are made compatible and ensure that modulators with an electronic chip already Contains laser, be made current contact compatible.

2 bis 4 zeigen Beispielformate für Integration eines individuellen Modulators in einer Anordnung von Modulatoren, wobei der Prozess selbstverständlich auf dieselbe Weise auf Basis einer individuellen Vorrichtung oder Wafer-Einheit durchgeführt werden kann. 2 to 4 show example formats for integration of an individual modulator in an array of modulators, which of course can be performed in the same way on the basis of an individual device or wafer unit.

2 zeigt einen Modulator 2-200 mit Verbindungen 2-202, 2-204, die so ausgebildet sind, dass sie mit Verbindungen 2-206, 2-208 auf einer integrierten Beispiel-Laservorrichtung 2-210 zusammenpassen, die vorher mit einem elektronischen Chip 2-212 integriert wurde, in diesem Fall einem VCSEL. In 2 wurden die Verbindungen für den Modulator unter Verwendung eines der hierin beschriebenen Oberseitenprozesse hergestellt. In der unteren Hälfte von 2 sieht man die Vorrichtungen, nachdem die Kontakte zusammengefügt und verbunden worden sind. 2 shows a modulator 2- 200 with connections 2- 202 , 2- 204 that are designed to work with connections 2- 206 , 2- 208 on an integrated example laser device 2- 210 fit together previously with an electronic chip 2- 212 integrated, in this case a VCSEL. In 2 For example, the compounds for the modulator were prepared using one of the topside processes described herein. In the lower half of 2 you can see the devices after the contacts together been joined and connected.

3 zeigt einen alternativen Modulator 3-300 mit Verbindungen 3-302, 3-304, die unter Verwendung eines hierin beschriebenen Rückseitenprozesses so ausgebildet sind, dass sie mit Verbindungen 3-206, 3-208 auf einer Laservorrichtung 3-210 von 2 zusammenpassen, und in der unteren Hälfte der Figur die Vorrichtungen, nachdem die Kontakte zusammengefügt und verbunden worden sind. 3 shows an alternative modulator 3 300 with connections 3- 302 , 3- 304 formed using a backside process described herein to be used with connections 3- 206 , 3- 208 on a laser device 3- 210 from 2 match, and in the lower half of the figure, the devices after the contacts have been joined together and connected.

4 zeigt eine Modulatoreinheit 4-400 zur Verwendung mit diskreten redundanten Lasern 4-402, 4-404 oder einem Einzellaser mit redundanten aktiven Bereichen (nicht gezeigt). In dieser Konfiguration werden getrennte Ständer 4-406, 4-408 verwendet, um die Kontakte 4-410 des elektronischen Chips 4-412 physisch zu erhöhen, so dass die Kontakte 4-414 der Modulatoreinheit mit den erhöhten Kontakten 4-416 zusammengefügt werden können. Die untere Hälfte der Figur zeigt die Modulatoreinheit 4-400, nachdem sie über den Lasern 4-402, 4-404 untergebracht worden ist, die mit dem elektronischen Chip 4-412 integriert sind. Wie in der unteren Hälfte von 4 gezeigt, ist außerdem eine Linse 4-418 oben auf dem Modulator montiert, um Kopplung der von den Lasern emittierten Strahlen mit einer gemeinsamen Faser oder anderen Element (nicht gezeigt) zu ermöglichen. 4 shows a modulator unit 4- 400 for use with discrete redundant lasers 4- 402 , 4- 404 or a single laser with redundant active areas (not shown). In this configuration, separate stands 4- 406 , 4- 408 used to make the contacts 4- 410 of the electronic chip 4- 412 physically increase so that the contacts 4- 414 the modulator unit with the raised contacts 4- 416 can be joined together. The lower half of the figure shows the modulator unit 4- 400 after passing over the lasers 4- 402 , 4- 404 accommodated with the electronic chip 4- 412 are integrated. As in the lower half of 4 shown is also a lens 4- 418 mounted on top of the modulator to allow coupling of the beams emitted by the lasers to a common fiber or other element (not shown).

Wie hierin und in den oben erwähnten Anmeldungen festgestellt, unterscheiden sich die Vorbereitungs- und Integrationsprozesse etwas voneinander, je nachdem, ob die Laser (oder Detektoren) und Modulatoren für Licht optimiert werden, das von der Oberseite der jeweiligen Vorrichtungen oder der Unterseite (d.h. Rückseite) der jeweiligen Vorrichtungen emittiert wird bzw. von daher eintritt, und ob durch ein Substrat oder nicht.As herein and in the above-mentioned Applications, the preparatory and integration processes slightly different from each other, depending on whether the lasers (or detectors) and modulators for light to be optimized from the top of the respective devices or the bottom (i.e., back) the respective devices is emitted or therefore occurs, and whether through a substrate or not.

Drei repräsentative alternative Realisierungen, erzeugt in Übereinstimmung mit einem der hierin oder den oben erwähnten Anmeldungen beschriebenen Prozesse, ermöglichen die Zusammenschaltung zwischen einem Modulator und einem Laser. Diese repräsentativen Realisierungen sind in 2 bis 4 gezeigt, obwohl durch Anwendung dieser Techniken andere Realisierungen zusätzlich zu den hierin gezeigten hergestellt werden können.Three representative alternative implementations, made in accordance with one of the processes described herein or the above-mentioned applications, enable interconnection between a modulator and a laser. These representative realizations are in 2 to 4 although other implementations may be made in addition to those shown herein by employing these techniques.

Die Basismethode umfasst:The basic method includes:

Integrieren von Lasern in einer großen Anordnung auf einem elektronischen Chip. Wie in den Abschnitten weiter unten mit den Titeln "Integration von optoelektronischen Vorrichtungen" und "Prozess und Produkte bei aufeinanderfolgender Integration von mehreren Vorrichtungen" beschrieben, geschieht dies unter Verwendung von entweder a) unten emittierenden Lasern, wobei ein Trichter oder eine andere Öffnung in das Substrat geätzt wird, wobei das Substrat teilweise oder vollständig entfernt wird, um optischen Zugang zu ermöglichen, oder ohne Substratentfernung, wenn das Substrat bei der Wellenlänge des Lasers optisch transparent ist, oder b) oben emittierenden Lasern (d.h., die Emission des Lasers erfolgt nicht in Richtung auf das Substrat).Integrate of lasers in a big one Arrangement on an electronic chip. As in the sections below with the titles "Integration of opto-electronic devices "and" process and products in successive Integration of multiple devices ", this is done using of either a) down-emitting lasers, a funnel or another opening etched into the substrate is, wherein the substrate is partially or completely removed to optical To allow access or without substrate removal, when the substrate is at the wavelength of the Laser is optically transparent, or b) above emitting lasers (i.e., the emission of the laser is not toward the substrate).

Sicherstellen, dass die Laser "Durchgangskontakte" haben, welche es ermöglichen, eine elektrische Verbindung zwischen der Oberseite des Laserwaferstücks und der Unterseite des Modulatorstücks über Kontakte auf der Oberseite des Laserwaferstücks und der Unterseite des Modulatorstücks herzustellen, ohne dass die elektrischen Kontakte die Leistung des Lasers selbst beeinflussen. Mit anderen Worten, die Kontakte ermöglichen es, die Modulatoren über den dazwischen liegenden Laser-Wafer elektrisch mit dem elektronischen Wafer zu verbinden.To ensure, that the lasers have "continuity contacts" which it enable, an electrical connection between the top of the laser wafer piece and the underside of the modulator piece via contacts on the top of the laser wafer piece and the bottom of the modulator piece Without the electrical contacts the performance of the Influence Lasers themselves. In other words, the contacts allow it, the modulators over the intermediate laser wafer electrically with the electronic wafer connect to.

Erzeugen einer Anordnung von Modulatoren, welche optischen Zugang in die und aus der Vorrichtung ermöglichen und all ihre elektrischen Kontakte auf derselben Seite des Waferstücks, die den Lasern am nächsten zu liegen kommt, und in einer Konfiguration angeordnet haben, die mit der Konfiguration der "Durchgangskontakte" auf dem Laserstück zusammenpasst.Produce an array of modulators which provide optical access to the and allow the device and all their electrical contacts on the same side of the wafer piece, the closest to the lasers has come to rest, and arranged in a configuration that matches the configuration of the "via contacts" on the laser piece.

Integrieren der Modulatoren mit dem Laserwaferstück auf eine ähnliche Weise wie die Laser auf dem elektronischen Chip in der Anordnung integriert werden.Integrate the modulators with the laser wafer piece on a similar Way like the lasers on the electronic chip in the array to get integrated.

Eine Anzahl von Schemata zur Erzeugung der Durchgangsbereiche und der Formatierung der optischen Vorrichtungen (entweder Modulatoren oder Laser) werden weiter unten im Abschnitt mit dem Titel "Vorrichtung und Verfahren für eine oberseitig aktive optische Vorrichtung" beschrieben.A Number of schemes for creating the passage areas and the Formatting the optical devices (either modulators or Lasers) are discussed later in the section titled "Apparatus and Procedures for one top-side active optical device "described.

Selbstverständlich können die Modulatoren auch ein daran angebrachtes Substrat aufweisen. Je nach der bestimmten Realisierung kann man unter Verwendung einer unserer Techniken (oder einer anderen Technik) einen Trichter oder eine andere Öffnung dafür im Substrat herstellen, das Substrat kann abgetragen werden, oder das Substrat kann allein gelassen werden, wenn es für den Laser darunter optisch transparent ist. Je nach dem bestimmten Modulator und seiner Substratlage (d.h. Ober- oder Rückseite) kann der Trichter oder die andere Öffnung zu den Lasern hin oder zur Außenwelt hin gerichtet werden.Of course, the modulators may also have a substrate attached thereto. Depending on In certain implementation, using one of our techniques (or other technique) one can make a funnel or other opening in the substrate, the substrate can be removed, or the substrate can be left alone if it is optically transparent to the laser underneath , Depending on the particular modulator and its substrate position (ie, top or back), the funnel or other opening may be directed toward the lasers or to the outside world.

Andere hatten zwar vorgeschlagen, DFB-Laser in parallelen Sendern/Empfängern zu verwenden, sie haben aber typischerweise strikt an Kantenemissionsvorrichtungen (d.h. Ausgabe parallel zur Ebene des Wafers) gedacht und davon Gebrauch gemacht. 5A zeigt einen Kantenemissions-DFB nach dem Stand der Technik, und 5B zeigt einen Kantenemissions-DBR nach dem Stand der Technik. Daher hat man die parallelen Sender/Empfänger, die diese Kantenemissionsvorrichtungen verwenden, durch Integrieren der Vorrichtungen eine nach der anderen in einer eindimensionalen (d.h. linearen) Anordnung erzeugt. Dies ist in 6 gezeigt. In 6 weist eine Leiterplatte 6-600 die individuelle Kantenemissionsanordnung von Lasern 6-602 auf, die entlang ihrer Kante 6-604 montiert sind. Ein Integrierte-Schaltung-Chip 6-606, der die Treiberschaltungen für die Laser 6-602 enthält, ist durch eine Reihe von Drahtverbindungen 6-608 über die Leiterplatte 6-600 mit den Lasern 6-602 verbunden.While others have suggested using DFB lasers in parallel transmitters / receivers, they have typically thought and made use of edge emitting devices (ie, output parallel to the plane of the wafer). 5A shows an edge emission DFB according to the prior art, and 5B shows an edge emission DBR of the prior art. Therefore, the parallel transceivers using these edge emission devices have been produced by integrating the devices one after the other in a one-dimensional (ie, linear) arrangement. This is in 6 shown. In 6 has a printed circuit board 6 600 the individual edge emission arrangement of lasers 6 602 up along its edge 6 604 are mounted. An integrated circuit chip 6 606 containing the driver circuits for the lasers 6 602 is through a series of wire connections 6- 608 over the circuit board 6 600 with the lasers 6 602 connected.

Da, wie oben festgestellt, unsere Techniken mit beliebigen nach oben oder nach unten emittierenden (oder empfangenden) Vorrichtungen verwendbar sind, haben wir erkannt, dass unsere Erfindung auch mit gittergekoppelten oder winkelspiegelgekoppelten DFBs oder DBRs verwendbar war, zum Beispiel weil das Gitter oder der Mikrospiegel bewirken, dass sich deren emittierte Strahlen senkrecht zur Ebene des Wafers bewegen, so dass "oben" oder "unten" emittierende Vorrichtungen im Stand der Technik von anderen erzeugt worden sind, um die Prüfung dieser Vorrichtungen auf dem Wafer zu erleichtern. 7A zeigt einen nach oben oder "oben" emittierenden gittergekoppelten Laser nach dem Stand der Technik, und 7B zeigt einen nach unten oder "unten" emittierenden gittergekoppelten Laser nach dem Stand der Technik. Ähnlich zeigt 7C einen nach oben oder "oben" emittierenden mikrospiegelgekoppelten Laser nach dem Stand der Technik und zeigt 7D einen nach unten oder "unten" emittierenden mikrospiegelgekoppelten Laser nach dem Stand der Technik.As noted above, since our techniques are employable with any up or down emitting (or receiving) devices, we have recognized that our invention was also useful with lattice-coupled or angular-mirror coupled DFBs or DBRs, for example, because the grating or micromirror cause their emitted beams to move perpendicular to the plane of the wafer so that prior art "top" or "bottom" emitting devices have been created to facilitate testing of these devices on the wafer. 7A shows a top or "top" emitting grating-coupled laser according to the prior art, and 7B Figure 4 shows a prior art downlink or "down" emitting grating-coupled laser. Similar shows 7C a top or "top" emitting micromirror coupled laser of the prior art and shows 7D a downwardly or "downwardly" emitting micromirror coupled laser of the prior art.

Als Folge hat es unsere Methode möglich gemacht, jene senkrecht emittierenden DFBs oder DBRs in einer zweidimensionalen Anordnung zu konfigurieren und innig mit Trei berelektronikteilen zu integrieren, die in der integrierten Schaltung vorhanden sind, auf denen sie montiert werden, wie z.B. in 8 gezeigt.As a result, our method has made it possible to configure and intimately integrate those perpendicularly emitting DFBs or DBRs in a two-dimensional array with driver electronics resident in the integrated circuit on which they are mounted, such as in 8th shown.

Wie wir beschrieben haben, ist die Integration von Modulatoren mit Lasern vorteilhaft für eine Vielzahl von Lasern gleichermaßen wirksam, vorausgesetzt, dass das Licht von diesen Lasern schließlich vertikal emittiert. Daher kann zum Beispiel ein oberflächenemittierender DFB oder DBR wie z.B. ein gittergekoppelter DFB oder ein mit einem Spiegel gekoppelter DBR mit gleichem (oder größerem) Erfolg und/oder Vorteil als mit VCSELs erreichbar verwendet werden.As we have described is the integration of modulators with lasers advantageous for a variety of lasers equally effective, provided that the light from these lasers finally emits vertically. Therefore For example, a surface emitting DFB or DBR, e.g. a latticed DFB or one with a Mirror coupled DBR with equal (or greater) success and / or advantage can be used as reachable with VCSELs.

Wie hierin und den oben genannten Anmeldungen beschrieben, können durch Anwendung der darin beschriebenen Lehren unserer Erfindung große zweidimensionale Sender- oder Sender/Empfänger-Anordnungen hergestellt werden, die VCSEL-, DFB- oder DBR-Laser und Elektronikteile enthalten.As described herein and the above applications can by Application of the teachings of our invention described therein large two-dimensional Transmitter or transmitter / receiver arrangements produced, the VCSEL, DFB or DBR lasers and electronic parts contain.

VCSELs haben zwar den Vorteil, dass sie eine ausgereiftere und eher verfügbare Technik sind, VCSELs haben aber gewisse Einschränkungen. Die Ausgangsleistung, die sie liefern können, ist begrenzt. Die Produktreife von VCSELs mit längeren Wellenlängen, zum Beispiel mit Wellenlänge von 1,3 Mikrometer und darüber hinaus, ist geringer als bei kürzeren Wellenlängen, und die Chirp-Parameter (gekennzeichnet durch die Wellenlängenspanne oder die Phasenänderung der Ausgangswelle während des Umschaltens) sind tendenziell hoch. Diese Eigenschaften begrenzen die Brauchbarkeit von VCSELs für Übertragung über größere Distanzen bei ultrahohen Geschwindigkeiten. DFB-Laser haben hervorragende Eigenschaften, welche schnelle Datenübertragung über größere Distanzen erlauben. Dementsprechend sind für Datenübertragung über große Distanzen bei Geschwindigkeiten von mehr als 10 GB/s DFB-Laser den VCSELs überlegen.VCSELs Although they have the advantage that they are a more mature and more available technology but VCSELs have certain limitations. The output power, they can deliver is limited. Product maturity of longer wavelength VCSELs, for Example with wavelength of 1.3 microns and above in addition, is less than shorter Wavelengths, and the chirp parameters (indicated by the wavelength span or the phase change the output shaft during switching) tend to be high. Limit these properties the usefulness of VCSELs for transmission over greater distances at ultra-high speeds. DFB lasers have excellent Features that allow fast data transfer over long distances. Accordingly are for Data transmission over long distances At speeds of more than 10 GB / s, DFB lasers are superior to VCSELs.

Im Gegensatz zur Verwendung von VCSELs ermöglicht es die Verwendung unserer Methode mit DFBs oder DBRs, große Zahlen von Lasern mit hoher Leistung, schmalerer Linienbreite, niedrigem Chirp und langer Wellenlänge auf einem elektronischen Chip miteinander zu integrieren. Dadurch können äußerst große Bandbreiten erreicht werden (relativ zur mit VCSELs erreichbaren Bandbreite), da Widerstandsverluste und/oder Kapazitätsverlangsamungen minimiert werden. Daher können höchst parallele (ob in Raum oder Wellenlänge), kostengünstige, intelligente Sender oder Sender/Empfänger hergestellt werden, die Daten über mehrere zehn Kilometer senden können, was weiter ist als es mit anderen Lasertechniken wie z.B. VCSELs geschehen kann.Unlike using VCSELs, using our method with DFBs or DBRs allows large numbers of high-power, narrow-line, low-chirp, and long-wavelength lasers to be integrated together on an electronic chip. As a result, extremely large bandwidths can be achieved (relative to the bandwidth achievable with VCSELs) because resistance losses and / or capacity slowdowns are minimized. Therefore, highly parallel (in space or wavelength), low cost, intelligent transmitters or transceivers can be made which can transmit data over several tens of kilometers, which is wider than other laser techniques such as VCSELs can happen.

Wie bei VCSELs bedeutet der Wunsch nach noch schnelleren Übertragungsraten jedoch in gewisser Hinsicht, dass die Zeit, die der DFB-Laser benötigt, um umzuschalten, länger als die Datenbitrate-Übertragungszeitspanne wird. Daher können wir auch unkompliziert große Anordnungen von DFB-Lasern mit dicht integrierten Modulatoren obenauf erzeugen, um weitere Vorzüge gegenüber jenen, die VCSELs verwenden, zu erreichen.As With VCSELs, there is a desire for even faster transfer rates However, in a sense, that the time it takes the DFB laser to switch, longer as the data bit rate transmission period becomes. Therefore, you can we also uncomplicated big ones Arrangements of DFB lasers with densely integrated modulators on top generate more benefits across from to reach those who use VCSELs.

Übersichtsweise ist der Prozess zum Integrieren der DFBs oder DBRs mit den Elektronikteilen derselbe wie für die speziellen VCSEL-Beispiele unten beschrieben. Der Prozess startet mit einem Laser-Wafer oder Waferstück, der bzw. das große Zahlen von oberflächenemittierenden DFBs oder DBRs enthält. Diese Laser sind oberflächenemittierend, da sie ein Element nahe an ihrem Ausgang haben, zum Beispiel ein Gitter oder einen Mikrospiegel, um das Licht senkrecht zur Oberfläche des Wafers (entweder vom Substrat weg oder in das Substrat hinein) zu koppeln.About view is the process of integrating the DFBs or DBRs with the electronics parts the same as for the specific VCSEL examples are described below. The process starts with a laser wafer or wafer piece, the big numbers of surface emitting Contains DFBs or DBRs. These lasers are surface emitting, since they have an element close to their exit, for example, a Grid or a micromirror to direct the light perpendicular to the surface of the Wafers (either away from the substrate or into the substrate) couple.

Je nachdem, ob die Vorrichtung konfiguriert ist, vom Substrat weg zu emittieren (d.h. "oben" emittierend), oder darauf zu (d.h. "unten" emittierend), wird der geeignete Prozess durchgeführt, wie hierin im Detail beschrieben.ever after the device is configured to move away from the substrate emit (i.e., "emit" above), or toward (i.e., "down") the appropriate process is carried out as described in detail herein.

Falls die Vorrichtungen oberseitig emittierende Vorrichtungen sind: der Laser wird an einem Träger befestigt; falls notwendig, wird das Laser-Wafer-Substrat abgetragen; auf der Rückseite des Laser-Wafers werden Kontakte in einem Muster derart mustergeätzt, dass sie mit den Kontakten des elektronischen Wafers, der die Treiberschaltungen enthält, zusammenpassen; falls gewünscht, wird ein Verkapselungsmittel wahlweise zwischen den Laser- und Elektronik-Wafern fließen gelassen; und die Laser- und Elektronik-Wafer werden an den Kontakten aneinander befestigt.If the devices on the upper side emitting devices are: Laser is attached to a carrier attached; if necessary, the laser wafer substrate is removed; on the back side of the laser wafer, contacts are pattern-etched in a pattern such that they with the contacts of the electronic wafer, which drives the drivers contains match; if desired, An encapsulant is optionally placed between the laser and electronic wafers flow calmly; and the laser and electronics wafers are at the contacts attached to each other.

Falls die Vorrichtungen unten emittierende Vorrichtungen sind, werden Kontakte auf der Oberseite des Laser-Wafers geätzt, so dass sie mit den Kontakten des elektronischen Wafers, der die Treiberschaltungen enthält, zusammenpassen; und der Laser-Wafer wird dann am Elektronik-Wafer befestigt. Wahlweise kann wie bei dem Prozess für oberseitig emittierende Vorrichtungen ein Verkapselungsmittel zwischen den Wafern fließen gelassen werden und/oder kann das Lasersubstrat dünner gemacht werden, falls notwendig oder gewünscht.If the devices below are emitting devices Contacts etched on the top of the laser wafer so that they contact the contacts the electronic wafer containing the driver circuits match; and the laser wafer is then attached to the electronics wafer. Optionally, as with the process for top emitting devices sandwich an encapsulant flow to the wafers are left and / or the laser substrate made thinner if necessary or desired.

Diese Prozesse resultieren in integrierten Vorrichtungen, welche die verschiedenen mit Elektronikteilen integrierten gittergekoppelten DFB-Laser enthalten. Die Methode kann zwar ohne diese durchgeführt werden, für kommerzielle Massenproduktion ist es aber vorteilhaft, konform mit Halbleitererzeugungs- und Ätztechniken diese Kantenemissions-Laserstrukturen so herzustellen, dass sie Ätzschichten und Ätzstoppschichten enthalten, die bei der Herstellung der Kontaktschichten und möglicherweise beim Substratabtragungsprozess helfen.These Processes result in integrated devices which are the different ones integrated with electronic parts integrated lattice-coupled DFB laser. Although the method can be carried out without this, for commercial Mass production, however, is advantageous in conforming to semiconductor and etching techniques make these edge emission laser structures so that they etch layers and etch stop layers included in the preparation of the contact layers and possibly help with the substrate removal process.

8 zeigt auf eine summarische Weise die Prozessschritte und das Endergebnis des Prozesses, welcher als der Startpunkt für den ähnlichen Prozess dient, Modulatoren oder Detektoren oben auf den Lasern in der Anordnung zu integrieren. 8th Figure 3 shows in a summary manner the process steps and the end result of the process which serves as the starting point for the similar process of integrating modulators or detectors on top of the lasers in the array.

9 zeigt eine Seitenansicht eines Teils einer integrierten Einheit 9-900 bestehend aus einer zweidimensionalen Anordnung von gittergekoppelten DBR-Lasern 9-902, die durch Anwendung der Lehren der hierin beschriebenen Erfindung mit Modulatoren 9-904 und einer elektronischen integrierten Schaltung 9-906 integriert sind. 9 shows a side view of part of an integrated unit 9- 900 consisting of a two-dimensional arrangement of lattice-coupled DBR lasers 9- 902 obtained by applying the teachings of the invention described herein to modulators 9- 904 and an electronic integrated circuit 9- 906 are integrated.

In einer anderen in Übereinstimmung mit den Lehren der Erfindung erzeugten Variante können die Modulatoren durch Detektoren ersetzt werden, die für die Laserwellenlänge großenteils optisch transparent sind und auf eine ähnliche Weise oben auf den Lasern integriert werden. Alternativ können die Modulatoren als Detektoren betrieben werden, um eine Lichtmenge von den Lasern zu absorbieren, wenn das Licht durch sie hindurchgeht. In anderen Varianten können sowohl ein Modulator als auch ein Detektor oder zwei Modulatoren unter Verwendung derselben Prozeduren über den Laser gestapelt werden.In another in accordance The variant produced by the teachings of the invention may Modulators are replaced by detectors that are largely responsible for the laser wavelength are optically transparent and in a similar way on top of the Lasers are integrated. Alternatively, the modulators can be used as detectors operated to absorb a quantity of light from the lasers, when the light passes through them. In other variants both a modulator as well as a detector or two modulators below Using the same procedures over the laser are stacked.

In diesen Fällen würde der Detektor oder Modulator dann eine Abtastung der Ausgangsleistung der Laser liefern. Das absorbierte Licht erzeugt dann einen Strom, welcher zu der integrierten Schaltung geleitet und gemessen werden kann. Wenn sich die Leistung der Laser ändert, zum Beispiel aufgrund von Temperaturänderungen oder Verschlechterung des Lasers mit der Zeit, wird sich der absorbierte Strom proportional ändern. Als Folge könnte der elektronische Chip mehr Strom in den Laser einspeisen, um die Ausgangsleistung konstant zu halten, oder, falls Redundanz vorgesehen wird und ein Laser entweder nicht genug Leistung ausgeben könnte (d.h., er ist effektiv tot) oder ablebt, könnte ein Backup-Laser an seiner Stelle umgeschaltet werden.In these cases, the detector or modulator would then provide a sample of the output power of the lasers. The absorbed light then generates a current which can be conducted and measured to the integrated circuit. If the power of the lasers changes, for example due to temperature changes or deterioration of the laser over time, the absorbed current will become proportional countries. As a result, the electronic chip could feed more current into the laser to keep the output constant or, if redundancy is provided and a laser either could not output enough power (ie, it is effectively dead) or dies, a backup Laser can be switched in its place.

Je nach der bestimmten Realisierung und den Bedürfnissen würde der feste Detektor verwendet werden, um eine kleine Lichtmenge zu absorbieren und die große Mehrheit des Lichts durchzulassen, in welchem Fall der Laser direkt moduliert werden würde.ever according to the specific realization and needs, the fixed detector would be used be to absorb a small amount of light and the vast majority of the light, in which case the laser directly modulates would become.

In anderen Realisierungen wird der Laser extern moduliert, indem die obere Vorrichtung als Modulator verwendet wird und dann ein unterer Modulator verwendet wird, um die Ausgangsleistung durch Absorption von etwas von dem Licht abzutasten, entweder im Zustand "Ein" oder im Zustand "Aus", oder eines gewichteten Mittelwerts von beiden, zum Beispiel wenn ein Modulator im Zustand "Ein" durchlässig ist und im Zustand "Aus" absorbiert; dies bedeutet, dass der Modulator im Zustand "Ein" Licht durchlässt und im Zustand "Aus" Licht sperrt. Im tatsächlichen Betrieb wird jedoch auch im Zustand "Ein" aufgrund der Gesetze der Physik und den Eigenschaften der Vorrichtungen normalerweise eine gewisse Lichtmenge absorbiert. Als Folge kann im tatsächlichen Betrieb der erzeugte Strom im Zustand "Ein" oder "Aus" oder ein Mittelwert verwendet werden, je nachdem, was in der bestimmten Gestaltung am Besten funktioniert.In In other realizations, the laser is externally modulated by the upper device is used as a modulator and then a lower one Modulator is used to measure the output power by absorption of to sample some of the light, either in the "on" state or in the "off" state, or a weighted one Mean of both, for example when a modulator is in the "on" state and absorbed in the "off" state; this means that the modulator in the "on" light passes and in the "off" state blocks light. in the actual However, operation is also in the "on" state the laws of physics and the properties of devices normally absorbed a certain amount of light. As a result, in the actual Operation of the generated power in the state "on" or "off" or an average value can be used, depending on what is in the particular design Best works.

In noch anderen Realisierungen werden die Vorrichtungen in anderen Reihenfolgen in einem Stapel angeordnet, zum Beispiel: a) Elektronikteile, Detektoren, Laser, Modulatoren; b) Elektronikteile, Laser, Detektoren, Modulatoren; oder c) Elektronikteile, Laser, Modulatoren, Detektoren.In yet other realizations become the devices in others Sequences arranged in a stack, for example: a) electronic parts, Detectors, lasers, modulators; b) electronic parts, lasers, detectors, modulators; or c) electronic parts, lasers, modulators, detectors.

Vorrichtung und Verfahren für eine oberseitig aktive optische Vorrichtungcontraption and methods for a top side active optical device

Oberseitig emittierende/bearbeitete Vorrichtungen sind solche, bei denen die optischen Vorrichtungen vom Substrat des Wafers, auf dem die Vorrichtungen ausgebildet wurden (d.h. die optischen Vorrichtungen enthaltend) weg orientiert sind. Unterseitig (oder rückseitig) emittierende/bearbeitete Vorrichtungen haben ihre optischen Vorrichtungen zum Substrat hin orientiert.On the upper side emitting / processed devices are those in which the optical devices from the substrate of the wafer on which the devices have been formed (i.e., containing the optical devices) are oriented away. Subside (or back) emitting / processed Devices have their optical devices toward the substrate oriented.

Oberseitig emittierende/empfangende Vorrichtungen sind die gewöhnliche von der Industrie verwendete Konfiguration und sind somit leichter verfügbar, leichter erhältlich und weit und breit verstanden und charakterisiert.On the upper side Emitting / receiving devices are the usual ones used by industry and are thus easier available, more readily available and widely understood and characterized.

Außerdem können oberseitig emittierende Laser, empfangende Detektoren oder reflektierende oder absorbierende Modulatoren leicht dazu gebracht werden, bei Wellenlängen zu arbeiten, bei denen das Substrat für die optischen Vorrichtungen opak ist, da bei diesen Typen von Vorrichtungen das Licht nicht durch das Substrat hindurchgehen muss.Also, top side emitting lasers, receiving detectors or reflective or absorbing Modulators can easily be made at wavelengths work where the substrate for the optical devices is opaque because in these types of devices the light is not has to go through the substrate.

Außerdem sind oberseitig emittierende/empfangende/bearbeitete Vorrichtungen vor Integration mit Elektronikteilen leichter zu prüfen als unterseitige Vorrichtungen, da Kontakte und optischer Zugang auf derselben Seite (oben) des Wafers liegen.Besides, they are topside emitting / receiving / processed devices Integration with electronic parts easier to test than lower side devices, because contacts and optical access on the same side (top) of the Wafers are lying.

Der Treiber- und Steuerschaltungsteil für diese Vorrichtung wird am verbreitetsten aus Siliziumschaltungen hergestellt. Die elektrischen Kontakte sind auch auf der Vorderseite (d.h. Oberseite) des Treiber- und Steuerschaltungsteil-Siliziumwafers. Sind die elektrischen Kontakte auf der Oberseite der optischen Vorrichtungen und des Treiber- und Steuerschaltungsteil-Chips, ist es schwierig, sie miteinander zu verbinden. Die oberseitigen optischen Vorrichtungen umzudrehen, würde elektrische Zusammenschaltung mit dem Treiber- und Steuerschaltungsteil ermöglichen, verhindert aber korrekte optische Funktionalität in Abwesenheit eines im elektronischen Treiber-Chip hergestellten Lochs.Of the Driver and control circuit part for this device is on most widely produced from silicon circuits. The electrical Contacts are also on the front (i.e., top) of the driver and control circuit part silicon wafer. Are the electrical contacts on top of the optical devices and the driver and control circuit chip, it is difficult to connect them together. The top side turning over optical devices would make electrical interconnection with the driver and control circuit part, but prevents correct optical functionality in the absence of one produced in the electronic driver chip Hole.

Andere haben andere Wege versucht, oben emittierende Vorrichtungen mit Elektronikteilen zu integrieren. Eine Methode dafür ist in 10 gezeigt. In dem Prozess von 10 startet der Prozess mit einem Wafer 10-100. Ein oder mehr Trennlöcher, Rillen oder Gräben 10-102 werden in den Epitaxieschichten 10-04 ausgebildet, und Kontakte 10-106, 10-108 werden oben auf der Oberfläche 10-110 ausgebildet. Für Festigkeit wird ein Übersubstrat 10-112 an der oberen Oberfläche 10-110 befestigt. Das Substrat 10-114 des Wafers 10-100 wird dann vollständig entfernt. Die optischen Vorrichtungen werden dann in den Epitaxieschichten 10-104 definiert. Durchgänge oder andere Öffnungen 10-116 werden dann von der Unterseite (auch die "Rückseite" genannt) 10-118 her durch die Epitaxieschichten 10-104 zu den Unterseitenkontakten 10-106, 10-108 hergestellt. Nachdem ein Isolator (nicht gezeigt) auf die Durchgänge 10-116 aufgebracht worden ist, wie erforderlich, damit kein elektrischer Kurzschluss auftritt, werden Leiter 10-120, 10-122 auf der Seite der Durchgänge 10-116 ausgebildet, um tatsächlich die Fähigkeit bereitzustellen, mit den elektrischen Kontakten 10-106, 10-108 auf der Unterseite 10-118 über die Leiter 10-120, 10-122 und die auf der Unterseite 10-118 ausgebildeten Kontakte 10-124, 10-126 zu verbinden. Für Verbindung der oben emittierenden Vorrichtung mit anderen elektrischen Kontakten 130, zum Beispiel auf einer Leiterplatte 10-132 oder einem anderen Wafer, kann dann Lötmittel aufgebracht werden.Others have tried other ways to integrate top emitting devices with electronics. One method is in 10 shown. In the process of 10 does the process start with a wafer 10 100 , One or more separator holes, grooves or trenches 10- 102 are formed in the epitaxial layers 10-04, and contacts 10- 106 , 10- 108 will be on top of the surface 10- 110 educated. For strength, an over-substrate 10 112 on the upper surface 10 110 attached. The substrate 10 114 of the wafer 10 100 will be completely removed. The optical devices are then placed in the epitaxial layers 10 104 Are defined. Passages or other openings 10 116 are then called from the bottom (also the "back") 118 through the epitaxial layers 10 104 to the underside contacts 10- 106 , 10- 108 produced. After an insulator (not shown) on the passageways 10 116 has been applied as neces so that no electrical short circuit occurs, conductors 10- 120 , 10- 122 on the side of the passageways 10- 116 designed to actually provide the ability to communicate with the electrical contacts. 106 , 10- 108 on the bottom 10 118 over the ladder 10 120 , 10- 122 and those on the bottom 10 118 trained contacts 10- 124 , 10- 126 connect to. For connection of the top emitting device with other electrical contacts 130 , for example on a printed circuit board 10 132 or another wafer, then solder can be applied.

Die Kompliziertheit dieser Methode, die Schwierigkeit, ein Übersubstrat zu befestigen und dieses Übersubstrat über Betriebstemperaturzyklen hinweg robust zu halten, und die Schwierigkeit, vernünftige Ausbeuten zu erzielen, machen diese Methode für kommerzielle Anwendung unerwünscht.The Complexity of this method, the difficulty of having an over-substrate to attach and this over-substrate over operating temperature cycles to keep it rugged, and the difficulty of reasonable yields To achieve this method make it undesirable for commercial application.

Daher besteht eine Notwendigkeit nach einem Prozess, der oberseitige optische Vorrichtungen herstellen kann, die mit Elektronikteilen integriert werden können und nicht an den obigen Problemen leiden.Therefore There is a need for a process that is top-sided optical Devices that integrate with electronic parts can be and do not suffer from the above problems.

Zur Vermeidung der thermischen Probleme des Stands der Technik in Verbindung mit dem Übersubstrat könnte man indessen erwägen, die Methode des Stands der Technik durch eine analoge Methode zu adaptieren, kein Übersubstrat zu verwenden und durch das Substrat zu ätzen, wie in 11 gezeigt.However, to avoid the prior art thermal problems associated with the over-substrate, one could consider adapting the prior art method by an analogous method, not using an over-substrate, and etching through the substrate, as in US Pat 11 shown.

In dem Prozess von 11 wird ein Wafer 11-200 geätzt und dotiert, um die optische Vorrichtung 11-202 auszubilden. Kontakte 11-204, 11-206 werden auf der Vorrichtung ausgebildet. Das Substrat 11-208 wird abgetragen, um das Ätzen von Durchgängen zu ermöglichen. Durchgänge 11-210 werden dann durch das Substrat 11-208 geätzt, bis die Kontakte 11-204, 11-206 oben auf der Vorrichtung erreicht sind. Eine dielektrische (nicht gezeigte) Beschichtung wird auf der Durchgangswand hergestellt, und ein Leitermaterial wird in das Loch gegeben, oben auf dem Dielektrikum, um Kontakte 11-212, 11-214 auszubilden, die sich von der Rückseite zu den Kontakten 11-204, 11-206 obenauf erstrecken. Danach kann Lötmittel oder ein anderes elektrisch verbindendes Material 11-216 zu den Kontakten gegeben werden, um die Vorrichtung mit einer anderen Vorrichtung zu verbinden.In the process of 11 is a wafer 11- 200 etched and doped to form the optical device 11- 202 train. Contacts 11- 204 , 11- 206 are formed on the device. The substrate 11- 208 is removed to allow the etching of passages. Passages 11- 210 are then passed through the substrate 11- 208 etched until the contacts 11- 204 , 11- 206 reached on top of the device. A dielectric (not shown) coating is made on the via wall and a conductor material is placed in the hole, on top of the dielectric, to form contacts 11-13. 212 , 11- 214 forming from the back to the contacts 11- 204 , 11- 206 extend on top. Thereafter, solder or other electrically connecting material 11- 216 be given to the contacts to connect the device with another device.

Der Prozess von 11 geht zwar die Probleme des Stands der Technik an, insbesondere jene, die durch das Übersubstrat verursacht werden, dieser Prozess behebt aber nicht die anderen Probleme im Stand der Technik. Zum Beispiel muss noch Ausrichtung zwischen den Merkmalen auf den zwei Seiten des Wafers korrekt durchgeführt werden, so dass noch die Gefahr besteht, die optischen Vorrichtungen zu beschädigen, insbesondere wenn die Vorrichtungsdichten pro Chip größer werden.The process of 11 While addressing the problems of the prior art, particularly those caused by the over-substrate, this process does not address the other problems of the prior art. For example, alignment between the features on the two sides of the wafer still needs to be done correctly, so there is still a risk of damaging the optical devices, especially as the device densities per chip become larger.

Daher haben wir eine Fertigungstechnik zur Erzeugung von oben emittierenden/empfangenden modulierenden Strukturen wie z.B. VCSELs, Detektoren oder Modulatoren entwickelt, die dicht mit elektronischen Schaltungen integriert werden können. Sie ermöglicht es, ausrichtungsabhängige Bearbeitung nur auf der Oberseite der optischen Vorrichtungen stattfinden zu lassen, so dass die Notwendigkeit für rückseitige Ausrichtungsbearbeitung, bei der Präzisionselemente auf zwei Seiten eines Wafers relativ zueinander auszurichten waren, vermindert, wenn nicht beseitigt wird.Therefore we have a manufacturing technique for generating top emitting / receiving modulating structures such as e.g. VCSELs, detectors or modulators designed to be tightly integrated with electronic circuits can be. It allows it, orientation-dependent Processing only on the top of the optical devices take place so that the need for backward alignment machining, at the precision elements to align on two sides of a wafer relative to each other, diminished if not eliminated.

Da neue VCSEL-Entwicklungen zuerst in oben emittierenden Vorrichtungen realisiert werden, ermöglicht unsere Methode die Verwendung der neuesten Techniken, zum Beispiel der gegenwärtigen VCSELs mit 1310 Mikrometer oder 1500 Mikrometer Wellenlänge.There new VCSEL developments first in top emitting devices be realized possible our method using the latest techniques, for example the current one VCSELs with 1310 microns or 1500 microns wavelength.

Außerdem werden durch Anwendung der Lehren der Erfindung die Kosten gesenkt, da die Vorrichtungen von vielen Lieferanten als "Ab-Lager"-Artikel erzeugt werden können, statt Spezialzweckvorrichtungen fertigen zu müssen.In addition, will by applying the teachings of the invention, the costs are reduced since The devices can be produced by many suppliers as "off-the-shelf" items instead To manufacture special purpose devices.

Unsere Methode kann auch in verbesserten Produktlebensdauern und Gesamtausbeuten resultieren, da in den individuellen Fertigungsschritten Industriestandard-Halbleiterbearbeitungstechniken verwendet werden.Our Method can also result in improved product lifetimes and overall yields result in the individual manufacturing steps industry standard semiconductor processing techniques be used.

Durch Anwendung der Lehren der Erfindung ist eine höhere Dichte von Zusammenschaltungen möglich. Als Folge ermöglicht die Erfindung in manchen Realisierungen dichten Zusammenschaltungsabstand, wie z.B. so dicht wie ein 20-Mikrometer-Abstand in aktuellen Techniken und in der Zukunft kleiner.By Application of the teachings of the invention is a higher density of interconnections possible. As a result allows in some implementations, the invention seals interconnect distance, such as. as dense as a 20-micron distance in current techniques and smaller in the future.

Durch Ausbildung von Zusammenschaltungen durch das Substrat hindurch sind außerdem Zusammenschaltungspunkte nicht auf die Peripherie des Chips beschränkt. Die gesamte andernfalls ungenutze Oberfläche steht für potentielle Zusammenschaltungen zur Verfügung.By Formation of interconnections through the substrate are Furthermore Interconnection points are not limited to the periphery of the chip. The entire otherwise unused surface represents potential interconnections to disposal.

Durch Anwendung der Lehren der Erfindung können direktere Zusammenschaltungen zwischen Treiberschaltungen und optischen Vorrichtungen hergestellt werden. Dies senkt den Widerstand, die Kapazität und die Induktivität der Zusammenschaltung. Als Folge werden Parasitärgrößen vermindert, was auf niedrigere Leistungs- und Ansteueranforderungen und erhöhte Vorrichtungsgeschwindigkeit abzielt.By Application of the teachings of the invention may provide more direct interconnections between driver circuits and optical devices become. This lowers the resistance, capacitance and inductance of the interconnection. As a result, parasitic sizes are reduced, resulting in lower power and drive requirements and increased device speed aims.

Außerdem wird die Herstellbarkeit verbessert, da die Zusammenschaltungen hergestellt werden können, wenn die optische Vorrichtung entweder in Plättchen- oder in Wafer-Form ist. Außerdem können in beiden Fällen die Zusammenschaltungen alle auf einmal im Plättchen oder Wafer hergestellt werden. Alternativ, in alternativen Varianten, kann eine ähnliche Technik verwendet werden, bei der sowohl die optischen Vorrichtungen als auch die elektronischen Chips individuelle Plättchen sind, wobei die optischen Vorrichtungen auf Plättchen sind und auf einem Treiberschaltungs-Wafer verbunden werden oder wobei die optischen Vorrichtungen und Treiberschaltungen beide noch in Wafer-Form sind.In addition, will the manufacturability improves as the interconnections are made can be when the optical device is in either platelet or wafer form. In addition, in both cases the interconnections all at once in platelets or wafers made become. Alternatively, in alternative variants, a similar Technique used in which both the optical devices as well as the electronic chips are individual platelets, wherein the optical devices are on platelets and on a driver circuit wafer or the optical devices and driver circuits both are still in wafer form.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Durchgänge, die zur Ausbildung der Verbindungen verwendet werden, während der Herstellung einer optischen Vorrichtung gefertigt werden können. Außerdem ist die Substratentfernung einfach, und der Prozess erfordert keine zusätzliche Bearbeitung, sobald die Substratentfernung stattfindet.One Another advantage is that the passages used to form the Compounds are used while the manufacture of an optical device can be made. Besides that is substrate removal is easy, and the process does not require any additional Processing as soon as substrate removal takes place.

Ein weiterer Vorteil ist, dass der Prozess unkompliziert für Integration von verschiedenen Kombinationen von akustischen, thermischen, optischen, mechanischen Sensoren und aktiven Vorrichtungen miteinander oder für Kombination von zwei, drei oder mehr Vorrichtungen/Wafern/Chips miteinander verwendet werden kann.One Another advantage is that the process is straightforward for integration different combinations of acoustic, thermal, optical, mechanical sensors and active devices with each other or for combination of two, three or more devices / wafers / chips with each other can be used.

Ein weiterer Vorteil, der durch Anwendung der Lehren der Erfindung erzielbar ist, ist besseres Wärmemanagement von oben emittierenden VCSELs, da sie Wärmeabfuhr zum Treiber- und Steuerschaltungsteil bekommen.One Another advantage achievable by applying the teachings of the invention is, is better thermal management From the top emitting VCSELs, as they heat dissipation to the driver and Get control circuit part.

Noch ein Vorteil, der durch Anwendung der Lehren der Erfindung erzielbar ist, ist, dass der Einbau eines Optokopplers, einer Frontplatte, von MEMS-Detektoren, optischen Kombinieren, Strahlteilern, Linsen, Mikrolinsen oder anderen optischen oder elektrischen Vorrichtungen im Fertigungsprozess untergebracht werden kann.Yet an advantage obtainable by applying the teachings of the invention is, that the installation of an optocoupler, a front panel, MEMS detectors, optical combiners, beam splitters, lenses, Microlenses or other optical or electrical devices can be accommodated in the manufacturing process.

Selbstverständlich ist ein weiterer Vorteil der Erfindung ihre Anwendbarkeit auf sowohl lichtemittierende als auch lichtdetektierende Vorrichtungen.Of course it is Another advantage of the invention is its applicability to both light-emitting as well as light-detecting devices.

Der Vollständigkeit halber werden hierin spezielle Details hinsichtlich verschiedener Aspekte und Varianten der aktuellen Erfindung angegeben.Of the completeness Herein, specific details with respect to various will be described herein Aspects and variants of the current invention are given.

Wir haben einen Prozess entwickelt, bei dem oberseitig emittierende Laser, oberseitig empfangende Detektoren oder oberseitig bearbeitete Modulatoren (nachfolgend gemeinsam als "oberseitige optische Vorrichtungen" bezeichnet) so erzeugt werden, dass sie leicht auf elektronischen Chips integriert werden können.We have developed a process where the top emitting Lasers, detectors on the upper side or machined on the upper side Modulators (hereinafter referred to collectively as "top-side optical devices") are generated will be easily integrated on electronic chips can.

Im Überblick umfasst in Übereinstimmung mit der Erfindung der Prozess der Ausbildung von oberseitigen Vorrichtungen, die mit Elektronikteilen integriert werden können und nicht an den Problemen des Stands der Technik leiden, das Ätzen von tiefen Gräben von der Oberseite hinab in das Substrat des die Vorrichtung enthaltenden Wafers und Mustern von Dielektrika und Leitern auf den Wänden der Gräben, so dass sich die Leiter die ganze Strecke bis zum Grund der Gräben erstrecken. Das Substrat wird dann abgetragen, entweder gerade hinab bis zu dem Punkt, wo der Grund des Leiterbereichs im Graben bloßliegt, oder bis ein kleines Loch die abgetragene Seite des Substrats mit dem Graben verbindet, während genug Restsubstrat übriggelassen wird, um die oberseitigen optischen Vorrichtungen vor beschädigenden Beanspruchungsgraden zu schützen.Overview includes in accordance with the invention the process of forming top-side devices, which can be integrated with electronic parts and not with the problems of the prior art, the etching of deep trenches of down the top into the substrate of the device containing the device Wafers and patterns of dielectrics and conductors on the walls of the ditches, so that the ladder extends all the way to the bottom of the trenches. The substrate is then removed, either straight down to the point where the bottom of the ladder area is exposed in the trench, or until a small hole with the worn side of the substrate the moat connects while enough residual substrate is left, around the top optical devices from damaging To protect levels of stress.

Mit diesem Überblick wird nun ein gesamter Beispielprozess zur Ausbildung einer oberseitigen optischen Vorrichtung in Übereinstimmung mit den Lehren der Erfindung unter Bezugnahme auf 12 im Detail präsentiert.With this overview, an entire example process for forming a top-side optical device in accordance with the teachings of the invention will now be described with reference to FIG 12 presented in detail.

Wie in 12 gezeigt, ist ein optischer Wafer 12-300, der Epitaxieschichten 12-302 auf einem Substrat 12-304 enthält, ein sinnvoller Startpunkt (Schritt 12-3000) für dieses Beispiel.As in 12 shown is an optical wafer 12- 300 , the epitaxial layers 12- 302 on a substrate 12- 304 contains a meaningful starting point (step 12- 3000 ) for this example.

Die optischen Vorrichtungen 12-306 (nur eine davon ist gezeigt) werden definiert, zum Beispiel mit einer Kombination von Dotieren, Mustern, Ätzen, Oxidation und Metallisierung (Schritte 12-3002, 13-3004).The optical devices 12- 306 (only one of them is shown) are defined, for example with a combination of doping, patterning, etching, oxidation and metallization (steps 12- 3002 , 13- 3004 ).

Tiefe Gräben 12-308 werden von der Oberseite des Wafers her in das Substrat geätzt, zum Beispiel zwischen ungefähr 20 Mikrometer und ungefähr 150 Mikrometer oder noch etwas mehr in das Substrat hinein, was sicherstellt, dass das Profil der Gräben annehmbar ist, um gute Bedeckung eines später abgeschiedenen Leiters aufrechtzuerhalten (zum Beispiel indem man die Schräge der Wand entweder vertikal oder schräg nach innen (von oben gesehen) statt schräg nach außen macht).Deep trenches 12- 308 are etched into the substrate from the top of the wafer, for example between about 20 microns and about 150 microns, or slightly more into the substrate, which ensures that the profile of the trenches is acceptable to maintain good coverage of a later deposited conductor (For example, by making the slope of the wall either vertically or diagonally inwards (seen from above) instead of diagonally outwards).

Dielektrisches Material (nicht gezeigt), wenn Kurzschließen zu befürchten ist, und Leiter 12-310, 12-312 werden abgeschieden, um positive und negative Vorrichtungskontakte 12-314, 12-316 (einer davon ist in der Ansicht von 3 verdeckt) für die oberseitigen optischen Vorrichtungen auszubilden. In einer alternativen Variante kann das Substrat als einer der Kontakte verwendet werden, in welchem Fall nur ein tiefer Graben hergestellt werden muss. Ähnlich, wenn eine Vorrichtung mit drei oder vier Anschlüssen, zum Beispiel eine kombinierte Laser-Detektor-Vorrichtung, ein Laser-Modulator oder ein Laser-Modulator-Detektor, erzeugt wird, dann werden genug Durchgänge oder Gräben 12-308 hergestellt, um die Ausbildung von Kontakten für alle geeigneten Punkte auf den oberseitigen optischen Vorrichtungen zu ermöglichen (zum Beispiel würde eine Struktur mit vier Anschlüssen vier oder weniger Gräben benötigen, je nachdem, ob das Substrat als ein Kontakt benutzt wird oder ob es möglich ist, mehrere der Kontakte in einem einzelnen Graben zu kombinieren), Als Nächstes wird das Substrat 12-304 bis zu dem Punkt abgetragen, wo die Leiter auf dem Grund der Gräben bloßliegen, so dass Kontakte 12-318, 12-320 ausgebildet werden, oder sie können auf den Grund des Wafers gelegt werden.Dielectric material (not shown), if short-circuiting is to be feared, and conductor 12- 310 , 12- 312 are deposited to provide positive and negative device contacts 12- 314 , 12- 316 (one of them is in the view of 3 hidden) for the top-side optical devices. In an alternative variant, the substrate may be used as one of the contacts, in which case only a deep trench must be made. Similarly, if a device with three or four ports, for example, a combined laser detector device, a laser modulator, or a laser modulator detector, is generated, then enough passages or trenches will be created. 308 For example, a four-terminal structure would require four or fewer trenches, depending on whether the substrate is being used as a contact or whether it is possible to fabricate contacts for all appropriate points on topside optical devices. combine several of the contacts in a single trench). Next, the substrate 12- 304 removed to the point where the conductors are exposed at the bottom of the trenches so that contacts 12- 318 , 12- 320 can be formed, or they can be placed on the bottom of the wafer.

In diesem Zeitpunkt ist die oberseitige optische Vorrichtung 12-322 im Stande, dicht mit einem elektronischen Chip 12-324 integriert zu werden, der zum Beispiel Ansteuer- und Steuerschaltungsteile enthält.At this time, the topside optical device 12- 322 able to close tightly with an electronic chip 12- 324 to be integrated, which contains, for example, driving and control circuit parts.

In einem späteren Zeitpunkt bildet das Verbinden der optischen Wafer der oberseitigen optischen Vorrichtung 12-322 und des elektronischen Chips 12-324 eine integrierte optische Einheit.At a later time, connecting the optical wafers to the topside optical device 12- 322 and the electronic chip 12- 324 an integrated optical unit.

In einigen Varianten werden ein Polymer, zum Beispiel Polyimid, oder aufgesponnenes Glas den Gräben hinzugefügt, nachdem die Kontakte hergestellt worden sind oder nach dem Verbinden, um den Kontakten Festigkeit zu geben oder um Beschädigung der Kontakte zu verhindern.In some variants are a polymer, for example polyimide, or spun glass on the trenches added after the contacts have been made or after connecting, to give strength to the contacts or to damage the contacts Prevent contacts.

In einer anderen alternativen Variante geht die Bearbeitung wie oben beschrieben vor sich, außer dass das Abtragen des Substrats nicht stoppt, wenn die Leiterschicht erreicht ist. Statt dessen setzt sich das Abtragen fort, bis ein Loch in der Leiterschicht ist. Dieser Unterschied ist in 13A und 13B dargestellt, die die Methode dieser Variante jener von 12 gegenüberstellen.In another alternative variant, the processing is as described above, except that the removal of the substrate does not stop when the conductor layer is reached. Instead, the ablation continues until there is a hole in the conductor layer. This difference is in 13A and 13B representing the method of this variant of those of 12 face.

13A ist eine Schnitt-Seitenansicht eines Teils eines in Übereinstimmung mit der Variante von 12 der Erfindung bearbeiteten Vorrichtungswafers. In 13A wird das Loch 13-400 so hergestellt, dass es schräge Wände 13-402 hat. Isolierendes Dielektrikum 12-404 und Leiter 13-406 werden hinzugefügt. Das Substrat 13-408 wird dann abgetragen. Wie in 13A gezeigt, stoppt das Abtragen jedoch an einem Punkt zwischen einem Zustand, in dem der Leiter 13-406 bloßliegt, und einem Punkt vor dem Durchbrechen der Leiterinnenfläche 13-410. 13A is a sectional side view of a portion of one in accordance with the variant of 12 of the invention processed device wafer. In 13A the hole 13- 400 made so that it has sloping walls 13- 402 Has. Insulating dielectric 12- 404 and ladder 13- 406 are added. The substrate 13- 408 is then removed. As in 13A however, ablation stops at a point between a state in which the conductor 13- 406 is exposed, and at one point before breaking the conductor surface 13- 410 ,

Wie in 13B gezeigt, geht im Gegensatz dazu das Abtragen weiter, bis es eine tatsächliche Öffnung in der Innenfläche 13-410 des Leiters 13-406 (und irgendeinem Dielektrikum, das möglicherweise auf der Fläche vorhanden ist) gibt.As in 13B In contrast, ablation continues until it has an actual opening in the inner surface. 410 of the conductor 13- 406 (and any dielectric that may be present on the surface).

Wenn durch Bearbeitung in Übereinstimmung mit dieser Variante die oberseitige optische Vorrichtung 13-412 mit einem Lötmittel 13-414 auf dem passenden Kontakt 13-416 eines elektronischen Chips 13-418 in Kontakt gebracht wird und das Lötmittel 13-414 geschmolzen wird, zieht Kapillarwirkung das geschmolzene Lötmittel 13-414 nach oben in den Hohlraum 13-400.If, by machining in accordance with this variant, the top-side optical device 13- 412 with a solder 13- 414 on the appropriate contact 13- 416 an electronic chip 13- 418 is brought into contact and the solder 13- 414 capillary action pulls the molten solder 13- 414 up into the cavity 13- 400 ,

Dies ergibt mindestens zwei Vorteile. Erstens zieht das Passieren des Lötmittels in das Loch die zwei Stücke tendenziell aufeinander zu und in Ausrichtung. Somit ist diese Variante gewissermaßen selbstausrichtend. Zweitens hilft das Ziehen des Lötmittels in das Loch sicherzustellen, dass eine gute elektrische Verbindung zwischen den zwei Vorrichtungen hergestellt wird.This gives at least two advantages. First, the passing of the solder in the hole the two pieces tends towards each other and in alignment. Thus this variant is so to speak self-aligning. Second, pulling the solder helps in the hole ensure a good electrical connection between the two devices.

14 ist ein Beispiel für einen Gesamtprozess ähnlich dem von 12, außer dass es ein Beispiel für eine Variante ist, die die Technik von 13B verwendet. 14 is an example of an overall process similar to that of 12 except that it is an example of a variant that uses the technique of 13B used.

15A bis 15L zeigen einige der vielen Konfigurationen von Vorrichtungen, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können, einschließlich einer oberseitigen optischen Vorrichtung, zum Beispiel einem oberseitig aktiven Laser 15-600, einem oberseitig aktiven Detektor 15-602 oder einem oberseitig bearbeiteten Modulator 15-604 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem anderen Laser 15-606, Vorrichtungen mit einem Detektor 15-608 oder Modulator 16-610 relativ zu einem Substrat 15-612 der oberseitigen optischen Vorrichtung. 15A to 15L show some of the many configurations of devices that are in compliance can be made with the present invention, including a top-side optical device, for example a top side active laser 15- 600 , a topside active detector 15- 602 or an upper side modulator 15- 604 in accordance with the present invention in conjunction with another laser 15- 606 , Devices with a detector 15- 608 or modulator 16- 610 relative to a substrate 15- 612 the top-side optical device.

Integration von optoelektronischen Vorrichtungenintegration of opto-electronic devices

16 und 17 veranschaulichen Methoden, die man im Stand der Technik benutzt hat, um mehrere unten emittierende (oder detektierende) (auch als "rückseitig emittierende (oder detektierende)") Vorrichtungen zu befestigen, um einen integrierten elektrooptischen Chip auszubilden. 16 and 17 illustrate methods used in the prior art to attach a plurality of bottom emitting (or detecting) (also called "backside emitting (or detecting)" devices to form an integrated electro-optic chip.

In Übereinstimmung mit der Methode von 16 werden mehrere Laser in einer konventionellen Weise auf einem Wafersubstrat 16-102 ausgebildet, wie auch mehrere Detektoren (austauschbar hierin als Photodetektoren bezeichnet) auf ihnen selbst oder auf einem mit den Lasern gemeinsamen Substrat. Typischerweise besteht der der Verbindungsstelle zwischen den optischen Vorrichtungen 16-106, 16-108 und dem Substrat 16-102 am nächsten liegende Teil 16-104 des Substrats 16-102 aus einem Material, welches bei der Wellenlänge, bei der die optischen Vorrichtungen arbeiten, optisch transparent ist. Die Vorrichtungen 16-106, 16-108 werden dann unter Verwendung von konventionellen Techniken wie z.B. Nass- oder Trockenätzen geätzt, um Gräben 16-112 mitten unter den Vorrichtungen 16-106, 16-108 zu ätzen, welche sie in eine Reihe von diskreten individuellen Vorrichtungen mit Lasern 16-106 oder Detektoren 16-108 trennen. Je nach der bestimmten verwendeten Technik können die geätzten Gräben 16-112 vor Erreichen der Substrate 16-102 stoppen oder sich teilweise in die Substrate 16-102 hinein erstrecken. Im Anschluss an das Ätzen werden die Substrate 16-102 und ihre zugehörigen Vorrichtungen umgedreht, auf die richtige Stelle über einem Silizium(Si)-Elektronik-Wafer 16-114 ausgerichtet und unter Verwendung von konventionellen Flip-Chip-Kontaktierungstechniken mit dem Si-Elektronik-Wafer 16-114 ver bunden. Im Anschluss an das Kontaktieren werden die ganzen Substrate 16-102 durch konventionelle mechanische Polierverfahren, konventionelle Ätztechniken oder eine Kombination davon auf eine extrem geringe Dicke in der Größenordnung von ungefähr 5 Mikrometer oder weniger abgetragen, um dichten optischen Zugang zu den Vorrichtungen zu ermöglichen und einen integrierten elektrooptischen Wafer 16-116 zu erzeugen.In accordance with the method of 16 For example, multiple lasers are mounted on a wafer substrate 16- in a conventional manner. 102 as well as a plurality of detectors (interchangeably referred to herein as photodetectors) on their own or on a substrate common to the lasers. Typically, the junction between the optical devices 16- 106 , 16- 108 and the substrate 16- 102 nearest part 16- 104 of the substrate 16- 102 of a material which is optically transparent at the wavelength at which the optical devices operate. The devices 16- 106 , 16- 108 are then etched using conventional techniques such as wet or dry etching to form trenches. 112 in the middle of the devices 16- 106 , 16- 108 etch them into a series of discrete individual devices with 16- 106 or detectors 16- 108 separate. Depending on the particular technique used, the etched trenches may be 16- 112 before reaching the substrates 16- 102 stop or partially into the substrates 16- 102 extend into it. Following the etching, the substrates 16- 102 and their associated devices turned over, in place over a silicon (Si) electronic wafer 16- 114 oriented and using conventional flip-chip contacting techniques with the Si electronics wafer 16- 114 connected. Following contacting, the entire substrates 16- 102 by conventional mechanical polishing techniques, conventional etching techniques, or a combination thereof to an extremely thin thickness on the order of about 5 microns or less, to allow dense optical access to the devices, and to provide an integrated electro-optic wafer. 116 to create.

Wahlweise wird der integrierte elektrooptische Wafer 16-116 dann unter Verwendung von konventionellen Techniken gemustert, um die individuellen Laser zu schützen, und die individuellen Detektoren werden mit einer Antireflex(AR)-Beschichtung 16-118 beschichtet.Optionally, the integrated electro-optical wafer 16- 116 then patterned using conventional techniques to protect the individual lasers, and the individual detectors are coated with an antireflective (AR) coating. 118 coated.

Eine mit der Technik von 16 verwandte alternative Methode ist in 17 gezeigt. Bei dieser Methode werden Laser und Detektoren wie oben beschrieben ausgebildet. Wird jedoch die Technik von 17 benutzt, werden die Gräben 17-112 in die Substrate 17-102 geätzt. Die Substrate 17-102 und ihre zugehörigen Vorrichtungen werden dann umgedreht, auf die richtige Stelle über einem Silizium(Si)-Elektronik-Wafer 17-114 ausgerichtet und unter Verwendung von konventionellen Flip-Chip-Kontaktierungstechniken mit dem Si-Elektronik-Wafer 17-114 verbunden. Im Anschluss an das Kontaktieren werden die Substrate 17-102 dann durch konventionelle Polierverfahren, konventionelle Ätztechniken oder eine Kombination davon vollständig entfernt, um dichten optischen Zugang zu den Vorrichtungen zu ermöglichen und einen integrierten elektrooptischen Wafer 17-116 zu erzeugen.One with the technique of 16 related alternative method is in 17 shown. In this method, lasers and detectors are formed as described above. However, the technique of 17 used, the trenches 17- 112 into the substrates 17- 102 etched. The substrates 17- 102 and their associated devices are then flipped over, in place over a silicon (Si) electronic wafer 17- 114 aligned and using conventional flip-chip bonding techniques with the Si electronics wafer 17- 114 connected. Following the contacting, the substrates 17- 102 then completely removed by conventional polishing techniques, conventional etching techniques, or a combination thereof to provide dense optical access to the devices and to provide an integrated electro-optic wafer 17-17. 116 to create.

Wahlweise wird der integrierte elektrooptische Wafer 17-116 dann gemustert, um die individuellen Laser zu schützen, und die individuellen Detektoren werden mit einer Antireflex(AR)-Beschichtung beschichtet.Optionally, the integrated electro-optic wafer 17- 116 then patterned to protect the individual lasers, and the individual detectors are coated with an anti-reflection (AR) coating.

Die Techniken von 16 und von 17 ermöglichen es jeweils, optische Fasern oder optische Linsen dicht genug an die Vorrichtungen zu bekommen, um das zugehörige Licht einzufangen, ohne dass Licht von benachbarten Vorrichtungen kommen oder dahin gelangen kann und irgendwelche dieser benachbarten Vorrichtungen beeinträchtigt, ein als "Nebensprechen" bekanntes Phänomen. Typischerweise erfordert dies, das die Trennungsdistanz zwischen einer Vorrichtung und einer optischen Faser oder optischen Mikrolinse kleiner als 100 Mikrometer ist.The techniques of 16 and from 17 each allow optical fibers or optical lenses to get close enough to the devices to capture the associated light without allowing light from adjacent devices to get in and interfering with any of these adjacent devices, a phenomenon known as "crosstalk." Typically, this requires that the separation distance between a device and an optical fiber or optical microlens be less than 100 microns.

Außerdem stellen beide Techniken sicher, dass es keine wesentlichen absorbierenden Schichten über dem aktiven Bereich der Vorrichtungen gibt, die das Licht am Entweichen hindern, da die Abtragungstechnik von 17 die Dicke des ganzen Substrats 16-102 auf ungefähr 5 Mikrometer oder weniger reduziert und die Methode von 17 die Substrate 17-102 vollständig entfernt und viele völlig unabhängige optische Vorrichtungen übriglässt.In addition, both techniques ensure that there are no substantial absorbent layers over the active area of the devices that prevent the light from escaping, as the ablation technique of 17 the thickness of the whole substrate 16- 102 reduced to about 5 microns or less and the method of 17 the substrates 17- 102 completely removed and leaves many completely independent optical devices.

Doch erzeugen diese beiden Techniken charakteristischerweise optoelektronische Chips, die im Gebrauch Wärmeableitungsprobleme haben, und belassen die individuellen Vorrichtungen empfindlicher gegen thermische und mechanische Beanspruchungen, die während des Herstellungsprozesses erzeugt werden, wodurch die Lebensdauern der individuellen Vorrichtungen verkürzt werden und dementsprechend die Ausbeute und Gesamt-Chiplebensdauer vermindert werden.But These two techniques characteristically produce optoelectronic Chips that are in use heat dissipation problems have and leave the individual devices more sensitive against thermal and mechanical stresses during the Production process are generated, whereby the lifetimes of shortened individual devices and, accordingly, the yield and overall chip life be reduced.

Außerdem werden für die Methode sowohl von 16 (wo das Substrat extrem dünn ist) als auch 17 (wo das Substrat vollständig entfernt ist) Beanspruchungen, die die Vorrichtungen erfahren, primär auf die sehr dünne Schicht der optischen Vorrichtung übertragen, welche der konstruktiv schwächste Teil der Vorrichtung ist.In addition, for the method both of 16 (where the substrate is extremely thin) as well 17 (where the substrate is completely removed) transmit stresses experienced by the devices primarily to the very thin layer of the optical device, which is the structurally weakest part of the device.

Daher besteht Bedarf nach einer Art und Weise, einen integrierten optoelektronischen Chip zu erzeugen, der nicht so empfindlich gegen die thermischen und konstruktiven Beanspruchungen ist, die aus Bearbeitung und/oder Gebrauch resultieren.Therefore There is a need for a way, an integrated optoelectronic To produce chip that is not so sensitive to the thermal and design stresses that are out of processing and / or Use result.

Außerdem gibt es für Hersteller von optoelektronischen Vorrichtungen zwei Wege, den optischen und elektronischen Wafer zu erlangen – sie können einen davon oder beide selbst herstellen, oder sie können einen oder beide von einem Dritten beziehen. Bei Herstellung sowohl der optischen Vorrichtungen (austauschbar der Einfachheit halber als "optischer Chip" bezeichnet) als auch des elektronischen Wafers (austauschbar der Einfachheit halber als "elektronischer Chip" bezeichnet) kann der Hersteller Maßnahmen treffen, sicherzustellen, das die Kontaktflecken auf beiden richtig platziert sind, um aufeinander ausgerichtet zu werden, wenn der optische Chip über dem elektronischen Chip positioniert wird. Typischerweise werden elektrische und optische Chips jedoch nicht gleichzeitig konstruiert, selbst wenn sie innerhalb derselben Organisation konstruiert und gefertigt werden. Wenn es keine enge Koordination innerhalb der Organisation im Hinblick auf die Konstruktion sowohl der optischen als auch der elektronischen Chips gibt, kann daher selbst bei einem einzelnen Hersteller leicht ein Mangel an Entsprechung zwischen Kontaktflecken auf beiden Chips auftreten – besonders wenn einer oder beide auch eingedenk von Verkäufen an Dritte konstruiert werden oder Integration mit Vorrichtungen aus anderen Quellen erwogen wird. Außerdem machen es nachfolgende Verbesserungen oder Änderungen an der Konstruktion eines davon möglicherweise notwendig, die Lage der Kontaktflecken zu ändern, wodurch eine Kontaktfleck-Fehlausrichtung eingeführt wird, wo vorher keine da war.There are also it for Manufacturer of optoelectronic devices two ways, the optical and get electronic wafers - they can do either or both make yourself, or you can obtain one or both from a third party. When making both the optical devices (interchangeable for simplicity as "optical chip") as also the electronic wafer (interchangeable for simplicity as "electronic Chip ") the manufacturer can take action Make sure the contact marks on both are correct are placed to be aligned with each other when the optical chip over the electronic chip is positioned. Typically but electrical and optical chips are not constructed at the same time, even if they are constructed within the same organization and be made. If there is no close coordination within the Organization with regard to the construction of both the optical as well as the electronic chips, can therefore even at a single manufacturer is easily a lack of correspondence between Contact spots occur on both chips - especially if one or more both also mindful of sales be constructed to third parties or integration with devices from other sources. Besides, it will do the following Improvements or changes possibly necessary to the construction of one of them Location of the pads to change, causing a pad misalignment introduced becomes where no one was before.

Noch schlimmer, falls der elektronische Chip konstruiert wird, mit einer Vielfalt von verschiedenen optischen Chips verwendet zu werden, die optischen Chips aber als Vorratsware von Dritten bezogen werden (zum Beispiel Chips, die enthalten: oberseitig emittierende Vertikalhohlraumlaser, unten emittierende Vertikalhohlraumlaser, Laser mit verteilter Rückkopplung (DFB) oder Laser mit verteilten Bragg-Reflektoren (DBR) (welche jeweils bessere Chirp- und Linienbreitekennwerte für Langstreckenanwendungen haben), oberseitig empfangende Detektoren oder unten empfangende Detektoren, die für Vertrieb an viele unverwandte Benutzer massengefertigt werden, ist es unwahrscheinlich, dass sich die Kontaktflecken auf den optischen Vorrichtungen alle an derselben Stelle befinden, selbst wenn sie ansonsten mit dem elektronischen Chip kompatibel sind.Yet worse, if the electronic chip is constructed with a Variety of different optical chips to be used the optical chips but as a commodity purchased from third parties (for Example of chips containing: top emitting vertical cavity lasers, bottom emitting vertical cavity lasers, distributed feedback lasers (DFB) or distributed Bragg reflector (DBR) lasers (which each better chirp and line width characteristics for long-haul applications have) detectors receiving at the top or receiving at the bottom Detectors used for Sales to many unrelated users is to be mass produced It is unlikely that the contact marks on the optical Devices are all in the same place, even if they are otherwise compatible with the electronic chip.

Zum Beispiel, wie in 18 gezeigt, hat eine einzelne optische Vorrichtung 9-300 Kontaktflecken 9-302, 9-304, die in der durch ihren Hersteller spezifizierten Position platziert sind. Ein Teil eines elektronischen Wafers 9-306 hat ebenfalls Kontaktflecken 9-308, 9-310, auf denen eine optische Vorrichtung verbunden werden kann und die in der durch seinen Hersteller spezifizierten Position platziert sind. Wird die optische Vorrichtung für Flip-Chip-Kontaktierung mit dem elektronischen Wafer kopfüber gebracht, werden die Kontaktflecken 9-302, 9-304, 9-308, 9-310 von beiden nicht ausgerichtet sein, wie in 19 gezeigt.For example, as in 18 9, a single optical device has 9- 300 Contact patch 9- 302 , 9- 304 placed in the position specified by their manufacturer. Part of an electronic wafer 9- 306 also has contact spots 9- 308 , 9- 310 on which an optical device can be connected and placed in the position specified by its manufacturer. When the optical device for flip-chip contacting is brought upside down with the electronic wafer, the contact spots 9- 302 , 9- 304 , 9- 308 , 9- 310 not be aligned by both, as in 19 shown.

Dies stellt insofern ein Problem dar, als es die Fähigkeit beschränkt, Vorrichtungen "zu mischen und zusammenzupassen". Außerdem, wird ein Chip eingedenk Verbindung mit einem bestimmten anderen Chip konstruiert und erzeugen spätere Ereignisse die Notwendigkeit, eine andere Vorrichtung mit einer anderen Kontaktanordnung zu verwenden, so wird alle für die ursprüngliche Vorrichtung durchgeführte Planung und Koor dination für die neue Vorrichtung irrelevant.This represents a problem in that it limits the ability to "mix and match" devices. in addition, will remember a chip connection with a certain other Chip designs and generates later ones Events the need to use a different device to use other contact arrangement, so will all for the original Device performed Planning and coordination for the new device irrelevant.

Daher besteht eine weitere Notwendigkeit nach einem Prozess, der die Fähigkeit fördert, Vorrichtungen zu mischen und zusammenzupassen, ohne dass es irgendeine Koordination zwischen den Konstrukteuren einer der Vorrichtungen oder die Verwendung eines standardmäßigen oder gemeinsamen Kontaktplatzierungsschemas gibt.Therefore There is a further need for a process that has the capability promotes, To mix and match devices without it Coordination between the designers of one of the devices or the use of a standard or common contact placement scheme gives.

Außerdem ist es in manchen Fällen erwünscht, einige der Vorrichtungen, speziell die Detektoren, mit einer AR-Beschichtung zu beschichten.Besides that is it in some cases he wishes, some of the devices, especially the detectors, with an AR coating to coat.

Eine AR-Beschichtung verhindert, dass Licht auf die Oberseite einer Detektorvorrichtung auftrifft und aufgrund der Unterschiede der Brechungsindizes an der Grenzfläche Detektor-Luft reflektiert wird. Dies ist für Detektoren wichtig, da reflektiertes Licht Licht ist, das nicht in den Detektor selbst eintritt und daher nicht in elektrische Signale umgewandelt werden kann (d.h., von einer Systemperspektive ist es'verlorenes Licht').A AR coating prevents light from reaching the top of a detector device and due to differences in refractive indices the interface Detector air is reflected. This is important for detectors as reflected Light is light that does not enter the detector itself and therefore can not be converted into electrical signals (i.e., from a system perspective is lost Light').

Daher optimiert eine AR-Beschichtung den Sammlungswirkungsgrad des Detektors, da sie verhindert, dass Licht an jener Grenzfläche reflektiert wird.Therefore an AR coating optimizes the collection efficiency of the detector, because it prevents light from being reflected at that interface.

Laser jedoch benötigen einen oberen Spiegel mit sehr hohem Reflexionsvermögen, um zu arbeiten. AR-Beschichtung auf einem Laser ändert das Reflexionsvermögen des oberen Spiegels. Als Folge beeinflusst sie zumindest die Lasertätigkeit des Lasers ungünstig, wenn sie ihn nicht gänzlich von Lasertätigkeit abhält.laser however, need an upper mirror with very high reflectivity to work. AR coating on a laser changes the reflectivity of the laser upper mirror. As a result, it affects at least the laser action unfavorable to the laser, if she does not do it thoroughly from laser activity keeps.

Hat ein Laser sowohl Laser als auch Detektoren in einer Anordnung, so würde, um nur die Detektoren mit einer AR-Beschichtung zu versehen, konventionelle Vernunft vorschreiben, dass eine spezielle Musterung des Wafers durchgeführt wird, um die Laser während der AR-Beschichtungsabscheidungsphase zu schützen, um sicherzustellen, dass diese Laservorrichtungen nicht mit der AR-Beschichtung bedeckt werden.Has a laser both lasers and detectors in an array, so would, to provide only the detectors with an AR coating, conventional Reason prescribe that a special pattern of the wafer carried out will be to the lasers during to protect the AR coating deposition phase to ensure that these laser devices are not covered with the AR coating.

Der Schutz oder die ungleichartige Behandlung der verschiedenen unterschiedlichen Vorrichtungen auf dem Wafer erfordert zusätzliche Bearbeitungsschritte, welche Zeit kosten, und erhöht daher die Bearbeitungskosten. Es führt auch die Möglichkeit ein, die geschützten Vorrichtungen zu beschädigen. Schließlich erzwingt es, dass auch die elektrischen Kontaktflecken geschützt werden.Of the Protection or dissimilar treatment of various different ones Devices on the wafer require additional processing steps, which time costs and increases therefore the processing costs. It also leads the way one, the protected one Damage devices. After all forces it to protect the electrical contact pads as well.

Außerdem verursacht ungleichartige Behandlung von Vorrichtungen andere Bearbeitungsprobleme, wenn die Bearbeitung auf einem Chip durchgeführt werden muss, der elektrische Kontaktflecken in derselben Zone hat. Zum Beispiel, hat ein Chip elektrische Kontakte nahe den Vorrichtungen und werden Elektroplattierungs-, stromlose Plattierungs-, Thermoverdampfungs-, E-Strahl-Verdampfungs- oder Sputtertechniken verwendet, um Lötmittel auf den Kontaktflecken zu platzieren, macht es die Höhe der resultierenden Lötmittel-Bumps schwierig, Zonen zu mustern, um Laser vor AR-Beschichtung zu schützen, da die Lötmittel-Bumps viel größer als die optischen Vorrichtungen sind.Also caused disparate treatment of devices other processing problems when the machining must be done on a chip, the electrical Has contact spots in the same zone. For example, has a chip electrical contacts near the devices and are electroplated, electroless plating, thermal evaporation, e-beam evaporation or sputtering techniques used to solder on the contact pads to place it, it makes the height resulting solder bumps difficult to pattern zones to protect laser from AR coating as the solder bumps a lot greater than the optical devices are.

Dem Stand der Technik fehlt es an einem Weg, die Notwendigkeit zu beseitigen, eine Schutzschicht über den Lasern zu mustern, während der ganze Wafer (d.h. Laser und Detektoren) mit AR-Beschichtung versehen werden kann.the The state of the art lacks a way to eliminate the need for a protective layer over to eye the lasers while the entire wafer (i.e., lasers and detectors) with AR coating can be provided.

Daher besteht eine weitere Notwendigkeit nach einer Art und Weise, Integration von mehreren Typen von Vorrichtungen auf einem elektronischen Chip zu ermöglichen, so dass irgendwelche zusätzlichen Bearbeitungsschritte, wie z.B. Antireflexbeschichtung, auf dem ganzen Wafer auf einmal und ohne spezielle Musterung nach Integration durchgeführt werden können.Therefore There is a further need for a way of integration of several types of devices on an electronic chip to enable so any extra Processing steps, such as Anti-reflective coating, on the whole Wafers can be performed at once and without special patterning after integration can.

Wir erzeugen optoelektronische Chips, welche in einigen Varianten einen oder mehrerer der folgenden Vorteile bereitstellen: erlaubt Verwendung eines niedrigeren Betriebsstroms, wodurch Stromverbrauch und Wärmeerzeugung vermindert werden; sorgt für bessere Verteilung von Wärme, die erzeugt wird, was es erlaubt, dass die Laser bei niedrigeren Temperaturen laufen, wodurch ihre Gebrauchslebensdauer erhöht wird und/oder bessere Wellenlängensteuerung ermöglicht wird; und/oder hat eine höhere konstruktive Integrität, was in weniger Defekten und erhöhter Vorrichtungslebensdauer resultiert.We produce optoelectronic chips, which in some variants a or more of the following benefits: allowed use a lower operating current, reducing power consumption and heat generation be reduced; takes care of better distribution of heat, which generates what allows the lasers to be at lower Temperatures run, increasing their useful life and / or better wavelength control allows becomes; and / or has a higher one constructive integrity, what in less defects and elevated Device lifetime results.

Wir haben weiterhin eine Art und Weise ersonnen, optische und elektronische Chips zu integrieren, um eine integrierte optoelektronische Vorrichtung zu erzeugen, unabhängig davon, ob die Bestandteilsvorrichtungen auf eine koordinierte Weise hergestellt werden oder kompatibel zusammenpassende elektrische Kontaktpunkte haben.We have continued to devise a way, optical and electronic Integrate chips to an integrated optoelectronic device to generate, independently of whether the constituent devices in a coordinated manner or compatible electric matching Have contact points.

Und weiterhin haben wir eine Art und Weise ersonnen, eine integrierte optoelektroni sche Vorrichtung zu erzeugen, bei der ein gesamter Wafer mit ungleichartigen Vorrichtungen mit einer AR-Beschichtung versehen werden kann, ohne spezielle Bearbeitung, um die Laser zu schützen, oder Beeinflussung von deren Fähigkeit zu Lasertätigkeit.And furthermore, we have devised a way, an integrated one Optoelectronic device to produce in which a total Wafer with dissimilar devices with an AR coating can be provided without special processing to the laser protect, or influencing their ability to laser action.

Wenn optische Vorrichtungen innig mit elektronischen Chips integriert werden, sind vier Attribute erwünscht, um zuverlässige integrierte optische Vorrichtungen zu erzeugen.If optical devices integrated intimately with electronic chips four attributes are desired, to be reliable to produce integrated optical devices.

Erstens muss es möglich sein, optische Fasern oder optische Linsen so dicht zu bekommen, dass sie das Licht ohne Nebensprechen einfangen. Zweitens darf es keine absorbierenden Schichten über dem aktiven Bereich der Vorrichtungen geben, die verhindern würden, dass das Licht entweicht oder in die bestimmten Vorrichtungen eintritt. Drittens sollte den Vorrichtungen so viel thermische Masse anhaften, dass wirksame Wärmeableitung möglich ist. Viertens sollte die konstruktive Integrität der Vorrichtung während der Bearbeitung aufrechterhalten werden, so dass Beanspruchungen oder Spannungen, die die Vorrichtung erfahren, die Vorrichtungsleistung nicht beeinflussen.First, it must be possible to get optical fibers or optical lenses so dense that they capture the light without crosstalk. Second, there must be no absorbent layers over the active area of the devices that would prevent the light from escaping or entering the particular devices. Third, the devices should adhere so much thermal mass that effective heat dissipation is possible. Fourth, the structural integrity of the device should be maintained during processing so that stresses or strains experienced by the device do not affect device performance.

Wie oben festgestellt, können die Methoden von 16 und 17 die ersten zwei Attribute erfüllen, doch erfüllte keine dieser Methoden das dritte oder vierte, da keine Methode in einer den Vorrichtungen (d.h. dem Substrat der Vorrichtungen) anhaftenden großen thermischen Masse resultiert oder Beanspruchungen der Vorrichtungen reduziert.As noted above, the methods of 16 and 17 satisfy the first two attributes, but none of these methods satisfied the third or fourth since no method results in large thermal mass adhering to the devices (ie the substrate of the devices) or reduces device stresses.

Obwohl die Anmelder in Unkenntnis sind, ob es so einen Fall im Stand der Technik oder anderweitig gibt, könnte die Methode von 16 möglicherweise durchgeführt werden, um das vierte Attribut zu erfüllen, indem eine dickere Schicht Substrat auf der Vorrichtung übriggelassen wird. Dies könnte jedoch wahrscheinlich nur durchgeführt werden, wenn die Betriebwellenlänge der bestimmten Vorrichtungen sehr transparent ist für die Wellenlängen, bei denen die Vorrichtungen betrieben werden. Außerdem würde dies für viele Fälle die Fähigkeit reduzieren, wenn nicht zunichte machen, das erste Attribut zu erfüllen, und würde wahrscheinlich auch den Betrieb der Laservorrichtung nachteilig beeinflussen, bis die Laser neu konstruiert würden, zum Beispiel in ein anderes Halbleitermaterial zu emittieren als das, das für Emission in Luft konstruiert ist. Außerdem, wenn dickere Substrate übriggelassen würden, würde es erforderlich sein, die Struktur mit einer AR-Beschichtung zu versehen, um optische Rückkoppelung in den Laser zu verhindern. Außerdem würde so eine Methode wahrscheinlich auch die Verwendung von kommerziell käuflichen vorgefertigten optischen Halbleitervorrichtungen ausschließen, wie z.B. den meist von Dritten angebotenen Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslasern (VCSELs), Lasern mit verteilter Rückkopplung (DFB) oder Lasern mit verteilten Bragg-Reflektoren (DBR).Although the applicants are unaware whether there is such a case in the prior art or otherwise, the method of 16 may be performed to satisfy the fourth attribute by leaving a thicker layer of substrate on the device. However, this could probably only be done if the operating wavelength of the particular devices is very transparent to the wavelengths at which the devices are operated. Moreover, in many cases, this would reduce, if not nullify, the ability to satisfy the first attribute, and would likely also adversely affect the operation of the laser device until the lasers were redesigned, for example, to emit into a different semiconductor material than that, which is designed for emission in air. In addition, if thicker substrates were left, it would be necessary to provide the structure with an AR coating to prevent optical feedback into the laser. In addition, such a method would likely also preclude the use of commercially available prefabricated optical semiconductor devices, such as vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs), distributed feedback lasers (DFB), or distributed Bragg reflector (DBR) lasers, which are most commonly offered by third parties.

Kurz gesagt haben wir eine Art und Weise ersonnen, optische Vorrichtungen und einen elektronischen Chip dicht zu integrieren, um einen optoelektronischen Chip zu erzeugen, der alle vier Attribute erfüllen kann. Außerdem können wir dies unter Verwendung von Vorrichtungen tun, die von Dritten bezogen werden, wenn gewünscht. Und außerdem bieten wir Vorteile gegenüber dem Stand der Technik in Form von niedrigeren Produktionskosten, höherer Ausbeute und verbesserter Betriebslebensdauer.Short we've figured out a way to design optical devices and tightly integrate an electronic chip to an optoelectronic Create a chip that can fulfill all four attributes. Besides, we can do so using devices purchased from third parties if desired. And also we offer advantages over the state of the art in the form of lower production costs, higher Yield and improved service life.

20 zeigt in einer vereinfachten Hochzonenübersicht eine Beispielmethode in Übereinstimmung mit den Lehren der Erfindung. Diese Methode überwindet Nachteile des Stands der Technik, während sie dichten optischen Zugang erlaubt, Absorptionsbereiche beseitigt, eine höhere konstruktive Integrität bereitstellt und bessere Wärmeableitungseigenschaften hat. 20 Figure 5 shows, in a simplified high-zone overview, an example method in accordance with the teachings of the invention. This approach overcomes shortcomings of the prior art while permitting dense optical access, eliminating absorption areas, providing greater structural integrity and having better heat dissipation properties.

Bei der Methode von 21 werden ein Laser-Wafer 20-502 (bestehend aus mit einem Substrat 20-102 integrierten Lasern) und ein Detektor-Wafer 20-504 (bestehend aus mit einem Substrat 20-102 integrierten Detektoren) erhalten, zum Beispiel durch deren Herstellung unter Verwendung einer konventionellen Technik oder durch Kauf von einem geeigneten Dritten. Alternativ wird ein Hybrid-Wafer bestehend sowohl aus Lasern als auch Detektoren, die mit einem gemeinsamen Substrat integriert sind, zum Beispiel in abwechselnden Mustern oder einer anderen Gruppierung, hergestellt oder erhalten.In the method of 21 be a laser wafer 20- 502 (consisting of a substrate 20- 102 integrated lasers) and a detector wafer 20- 504 (consisting of a substrate 20- 102 integrated detectors), for example by making them using a conventional technique or by purchasing from a suitable third party. Alternatively, a hybrid wafer consisting of both lasers and detectors integrated with a common substrate, for example, in alternating patterns or other grouping, is manufactured or obtained.

Gräben 20-506 werden geätzt, um einen Wafer zu individuellen Vorrichtungen (durch Ätzen in das Substrat) oder in manchen Fällen zu geeigneten Gruppen von Vorrichtungen zu verarbeiten, zum Beispiel wie in einer gemeinhin übertragenen gleichzeitig hiermit eingereichten Anmeldung mit dem Titel "Redundant Device Array" gezeigt (und welche durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird) durch Ätzen in das Substrat an einigen Stellen, während das Ätzen an anderen Stellen gestoppt wird, bevor es das Substrat erreicht.Trenches 20- 506 are etched to process a wafer into individual devices (by etching into the substrate) or, in some cases, into suitable groups of devices, for example as shown in a commonly assigned copending application entitled "Redundant Device Array" (U.S. which is incorporated herein by reference) by etching into the substrate at some locations while stopping etching at other locations before reaching the substrate.

Alternativ, da die Erfindung nicht die Erzeugung des optischen Chips selbst an sich ist (d.h. die Erzeugung des Wafers, Aufwachsen der Vorrichtungen oder Ätzen zur Erzeugung von diskreten Vorrichtungen), würde das Obige vollständig übersprungen werden, falls der optische Vorrichtungs-Wafer gekauft statt hergestellt wird.Alternatively, since the invention does not require the production of the optical chip itself in itself (i.e., the generation of the wafer, growth of the devices or etching for generating discrete devices), the above would be completely skipped if the optical device wafer is purchased rather than manufactured.

Der optische Vorrichtungs-Wafer wird dann umgedreht und über einem elektronischen Wafer 508 ausgerichtet und zum Beispiel unter Verwendung von konventionellen Flip-Chip-Kontaktierungstechniken oder einer anderen geeigneten proprietären Technik, die Kontaktieren des optischen Wafers mit dem elektronischen Wafer auf eine geeignete und zuverlässige Weise bewerkstelligt, mit dem elektronischen Wafer 20-508 verbunden.The optical device wafer is then turned over and over an electronic wafer 508 aligned and, for example, using conventional flip-chip contacting techniques or other suitable proprietary technique that accomplishes contact of the optical wafer with the electronic wafer in a suitable and reliable manner, with the electronic wafer. 508 connected.

Alternativ, und in manchen Fällen vorteilhaft, kann eine weitere Bearbeitung des Substrats 20-102 durchgeführt werden, wie unmittelbar nachfolgend beschrieben, entweder vor dem Verbinden eines optischen Wafers mit dem elektronischen Wafer oder nach dem Verbinden, solange es geschieht, bevor die Vorrichtungen Zyklen von Betriebstemperaturextremen durch Vorrichtungsbetrieb durchmachen, falls danach geschehen. So eine Bearbeitung ist für die oben in Verbindung mit 16 und 17 beschriebenen Techniken des Stands der Technik ungeeignet, da deren Verwendung die Herstellungskosten der Vorrichtungen drastisch erhöhen würde, indem individuelle Kontaktierung jeder diskreten Vorrichtung nötig würde, falls das Substrat vollständig entfernt würde, oder die Ausbeute drastisch reduzieren würde, aufgrund von Beanspruchungs- und/oder Spannungsproblemen, wenn das Substrat sehr dünn ist.Alternatively, and in some cases advantageous, further processing of the substrate 20- 102 as described immediately below, either before connecting an optical wafer to the electronic wafer or after bonding as long as it happens before the devices undergo cycles of operating temperature extremes through device operation, if so done. Such editing is for the above in conjunction with 16 and 17 The prior art techniques described in the prior art are unsuitable because their use would drastically increase the manufacturing cost of the devices by requiring individual contacting of each discrete device if the substrate were completely removed or drastically reducing the yield due to stress and / or stress problems if the substrate is very thin.

Je nach dem oder den bestimmten Wafer(n) und optischen Vorrichtungen, die verwendet werden, sind jetzt verschiedene Bearbeitungsvarianten möglich.ever after the particular wafer (s) and optical devices, which are used are now different processing variants possible.

In einer ersten Variante wird das Substrat bis hinab zu einer Dicke von mehr als 50 Mikrometer abgetragen, typischerweise auf innerhalb eines Bereichs von zwischen ungefähr 50 Mikrometer und ungefähr den 100 Mikrometer Dicke, die typischerweise für dichten optischen Zugang erforderlich sind.In In a first variant, the substrate is down to a thickness of more than 50 microns, typically within a range of between about 50 microns and about 100 Microns in thickness, typically for dense optical access required are.

In einer zweiten Variante wird das Substrat auf eine Dicke von zwischen ungefähr 100 Mikrometer und ungefähr einer Dicke entsprechend der Dicke des optischen Vorrichtungsteils des Wafers abgetragen.In In a second variant, the substrate is to a thickness of between approximately 100 microns and about a thickness corresponding to the thickness of the optical device part removed from the wafer.

In einer dritten Variante wird das Substrat auf zwischen ungefähr 20 Mikrometer und ungefähr 50 Mikrometer abgetragen.In In a third variant, the substrate will be between about 20 microns and about 50 microns removed.

In einer vierten Variante, in der die Dicke des Substrats ungefähr gleich der Dicke des optischen Vorrichtungsteils des Wafers ist, ist kein Abtragen erforderlich.In a fourth variant in which the thickness of the substrate is approximately equal the thickness of the optical device part of the wafer is not Removal required.

In einer fünften Variante wird das Substrat bis hinab zu einer Dicke ungefähr gleich der Dicke des optischen Vorrichtungsteils des Wafers abgetragen.In a fifth Variant, the substrate is about equal to a thickness down to a thickness the thickness of the optical device part of the wafer removed.

Wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung ergibt, könnte in Übereinstimmung mit der Erfindung die Dicke des Gesamtsubstrats auch größer als die für dichten optischen Zugang erforderliche Dicke gehalten werden, zum Beispiel wenn Zugangswege konstruiert werden (wie nachfolgend beschrieben), die das Einfügen einer optischen Faser oder Mikrolinse in den Zugangsweg mit einem Trennungsabstand von der Vorrichtung innerhalb des dichten optischen Zugangsbereichs erlauben. Es wird jedoch erwartet, dass so ein Fall atypisch sein wird.As can be seen from the description below, in accordance with the invention, the thickness of the entire substrate also greater than the for dense optical access required thickness are kept, for Example if access routes are constructed (as described below), the paste an optical fiber or microlens in the access path with a Separation distance from the device within the dense optical Allow access area. However, it is expected that such a case will be atypical.

Ein Zugangsweg 20-510 in Form eines Grabens oder Lochs wird auch über dem Teil einer optischen Vorrichtung, wo Licht emittiert oder detektiert wird, in das Substrat geätzt, zum Beispiel unter Verwendung von konventionellen Ätz- oder Bohrtechniken, während vorzugsweise etwas von dem übrigen Substrat intakt gelassen wird. Je nach dem bestimmten Substrat und der oder den bestimmten Vorrichtung(en) können verschiedene Techniken benutzt werden, einschließlich Laserbohren, Ätzen oder eine Kombination davon. Je nach der bestimmten benutzten Technik können die Zugangswege außerdem gerade Seitenwände, schräge Seitenwände oder eine Kombination davon aufweisen.An access route 20- 510 Also, in the form of a trench or hole, it is also etched into the substrate over the portion of an optical device where light is emitted or detected, for example, using conventional etching or drilling techniques, while preferably leaving some of the remaining substrate intact. Depending on the particular substrate and device (s), various techniques may be used, including laser drilling, etching, or a combination thereof. In addition, depending on the particular technique used, the access paths may have straight sidewalls, sloping sidewalls, or a combination thereof.

Um zum Beispiel einen Zugangsweg 20-510, der anfänglich gerade Seitenwände nahe der Substrat-Außenseite und nahe der Stelle, an der das Substrat die Vorrichtung trifft, schräge Seitenwände hat, in einem Galliumarsenid(GaAs)-Substrat herzustellen, das eine (Aluminiumgalliumarsenid)AlGaAs-Stoppschicht hat (die optische Vorrichtungen wie z.B. VCSELs und/oder Photodetektoren (austauschbar hierin als Detektoren bezeichnet) trägt), die an eine ASIC hybridisiert ist (gemeinsam als die "Probe" bezeichnet), können die folgenden Methoden benutzt werden: Erstens werden die Zugangswege 20-510 auf dem Substrat resistgemustert.For example, to access 20- 510 Initially, just sidewalls near the substrate exterior and near the location where the substrate meets the device has sloping sidewalls, in a gallium arsenide (GaAs) substrate that has an (aluminum gallium arsenide) AlGaAs stop layer (the optical devices For example, as VCSELs and / or photodetectors (interchangeably referred to herein as detectors) coupled to an ASIC (collectively referred to as the "probe"), the following methods may be used. 510 resist patterned on the substrate.

Danach wird die Probe in ein reaktives Ionenätzgerät (RIE) mit 13,56 MHz und parallelen Platten geladen und vor Einleitung der Prozessgase auf einen Druck unterhalb von ungefähr 3 × 10–5 Torr evakuiert, um Rest-Wasser zu reduzieren oder zu beseitigen. Sobald dieser Basisdruck erreicht ist, wird der erste Teil des Ätzens mit den Prozessbedingungen von Tabelle 1 gestartet.

Figure 00330001
Tabelle 1 Thereafter, the sample is loaded into a 13.56 MHz reactive ion etcher (RIE) and parallel plates and evacuated to a pressure below about 3 × 10 -5 Torr prior to introduction of the process gases to reduce or eliminate residual water. Once this base pressure is reached, the first part of the etching is started with the process conditions of Table 1.
Figure 00330001
Table 1

Dies erzeugt eine gerade Seitenwand, die sich von der Oberfläche des Substrats ein Stück weit in Richtung auf die Vorrichtung in das Substrat hinein erstreckt.This creates a straight sidewall extending from the surface of the Substrate one piece extends far toward the device into the substrate.

Die Prozessbedingungen werden dann optimiert, um den Teil der Zugangswege 20-510 herzustellen, die schräge Seitenwände haben, in diesem Beispielfall mit GaAs- oder AIGaAs-Selektivität nahe unendlich mit minimaler Vorrichtungsschädigung mit den bestimmten Prozessbedingungen von Tabelle 2.

Figure 00330002
Figure 00340001
Tabelle 2 The process conditions are then optimized to remove the part of the access paths 20- 510 in this example, with GaAs or AIGaAs selectivity near infinity with minimal device damage, with the particular process conditions of Table 2.
Figure 00330002
Figure 00340001
Table 2

Danach werden die Prozessbedingungen optimiert, um das Rest-Cl aus der AlGaAs-Stoppschicht zu gettern. Dies dient zur Verhinderung von weiterer Bildung von HCl (d.h. Durchführung von Nassätzen), nachdem die Probe aus der Bearbeitungskammer entladen ist. Die Prozessbedingungen für diesen Teil des Prozesses sind in Tabelle 3 angegeben.After that The process conditions are optimized to remove the residual Cl from the AlGaAs stop layer to getter. This serves to prevent further formation of HCl (i.e., run wet etching), after the sample has been discharged from the processing chamber. The process conditions For this Part of the process is given in Table 3.

Figure 00340002
Tabelle 3
Figure 00340002
Table 3

Im einfachsten Fall wird der Zugangsweg so klein wie möglich sein, um die auf der Vorrichtung übriggelassene Substratmenge zu maximieren. Das übrige Substrat stellt eine starre Grundstruktur bereit, welche verhindert, dass die individuellen Vorrichtungen Spannungen erfahren, zum Beispiel während der Befestigung am elektronischen Wafer. Je nach den bestimmten Vorrichtungen und dem Substrat, die verwendet werden, kann jedoch noch zusätzliche Entfernung von Substrat durchgeführt werden, zum Beispiel im Zeitpunkt, in dem der Zugangsweg erzeugt wird, oder durch Mustern des Substrats in einem Zeitpunkt zum Beispiel im Anschluss an die Befestigung am elektronischen Wafer.in the the simplest case, the access route will be as small as possible, around those left on the device To maximize substrate amount. The remaining substrate represents one rigid basic structure ready, which prevents the individual Devices experience tensions, for example during the Attachment to the electronic wafer. Depending on the particular devices and the substrate used, however, may be additional Removal performed by substrate For example, at the time the access path is created or by patterning the substrate at one time, for example following attachment to the electronic wafer.

Man beachte jedoch, dass, wenn die Entfernung von zusätzlichem Substrat nicht richtig geplant wird, der Wärmeableitungsvorteil vermindert oder sogar beseitigt werden kann. Außerdem, ja nachdem, wie viel und/oder von wo zusätzliches Substrat entfernt wird, kann auch die Fähigkeit vermindert werden, Spannungen und Beanspruchungen zu widerstehen. Es ist jedoch anzuerkennen, dass in machen Fällen durch selektive Ent fernung von Substrat die Wärmeableitung verbessert werden kann, indem die Gesamtoberfläche des Substrats vergrößert wird, ohne viele von den konstruktiven Vorteilen zu opfern, wenn überhaupt. Daher ist zu erkennen, dass der wichtige Aspekt der Substratentfernung ist, dass genügend Substrat auf den Vorrichtungen übriggelassen wird, um sicherzustellen, dass die gewünschten thermischen und konstruktiven Eigenschaften erzielt werden.you Note, however, that if the removal of additional Substrate is not properly planned, the heat dissipation advantage is reduced or even eliminated. Besides, yes, after how much and / or from where additional Substrate is removed, the ability can also be reduced, Withstand tensions and stresses. It is, however, to recognize that in some cases By selectively removing the substrate, the heat dissipation can be improved can by adding the overall surface the substrate is enlarged, without sacrificing many of the constructive advantages, if any. Therefore, it can be seen that the important aspect of substrate removal is that enough Substrate left on the devices is to ensure that the desired thermal and constructive Properties are achieved.

Außerdem kann je nach der bestimmten verwendeten Technik die Bereitstellung der Zugangswege vorteilhaft in manchen Fällen durchgeführt werden, bevor oder nachdem Kontaktierung durchgeführt wird, zum Beispiel bevor, nachdem oder während die Gräben, die die individuellen Vorrichtungen trennen, geätzt werden.In addition, can depending on the particular technique used to provide the Access routes are advantageously carried out in some cases, before or after contact is made, for example before, after or during the trenches, which separate the individual devices, are etched.

Wahlweise kann eine AR-Beschichtung auf die Detektoren aufgebracht werden, falls gewünscht.Optional an AR coating can be applied to the detectors, if desired.

Je nachdem, welche der drei unmittelbar vorhergehenden Varianten oben verwendet werden, findet eine andere Bearbeitung statt. 21 und 22 zeigen mehrere Beispiele für verschiedene Zugangswegvarianten. Zum Beispiel, wurde die erste Variante verwendet, so können sich die Zugangswege vollständig durch das Substrat erstrecken (wie in 21a, 21b, 22a, 22c, 22e gezeigt). Alternativ können sie sich von der Außenseite des Substrats bis in eine Tiefe erstrecken, in der das direkt über den Teil einer optischen Vorrichtung, wo Licht emittiert oder detektiert wird, übrige Substrat vermindert, aber nicht vollständig entfernt wird, zum Beispiel wie in 21c, 21b, 22b, 22d, 22f gezeigt. Im Allgemeinen wird das direkt über den Teil der optischen Vorrichtung, wo Licht emittiert oder detektiert wird, übrige Substrat auf eine Dicke von ungefähr 100 Mikrometer oder weniger vermindert, um dichten optischen Zugang zu der Vorrichtung zu ermöglichen. In anderen Fällen kann die Dicke auf ungefähr 50 Mikrometer oder weniger vermindert werden, obwohl die Dicke typischerweise im Bereich von ungefähr 20 Mikrometer bis ungefähr 50 Mikrometer liegen wird.Depending on which of the three immediately preceding variants are used above, another processing takes place. 21 and 22 show several examples of different access path variants. For example, if the first variant was used, the access paths may extend completely through the substrate (as in FIG 21a . 21b . 22a . 22c . 22e shown). Alternatively, they may extend from the outside of the substrate to a depth at which the substrate remaining directly over the portion of an optical device where light is emitted or detected is reduced but not completely removed, for example, as in FIG 21c . 21b . 22b . 22d . 22f shown. In general, the substrate remaining directly over the portion of the optical device where light is emitted or detected is reduced to a thickness of about 100 microns or less to allow dense optical access to the device. In other cases, the thickness may be reduced to about 50 microns or less, although the thickness will typically range from about 20 microns to about 50 microns.

Zusätzlich, je nach dem erzeugten bestimmten Zugangsweg, kann der Zugangsweg weiterhin vorteilhaft benutzt werden, um eine optische Faser, zum Beispiel wie in 21a, 21c, 22b gezeigt, oder eine Mikrolinse, zum Beispiel wie in 21b, 21d, 22a, 22c gezeigt, unterzubringen.In addition, depending on the particular access path created, the access path may be further advantageously used to connect an optical fiber, for example as shown in FIG 21a . 21c . 22b shown, or a microlens, for example as in 21b . 21d . 22a . 22c shown to house.

Indem daher eine der obigen Methoden benutzt wird, kann eine optische Anordnung, bei der die Enden von Fasern vom Substrat gestützt werden (wie z. B. in 14 gezeigt), eine optische Anordnung, die eine oder mehrere individuelle platzierte Mikrolinsen aufnimmt, die vom Substrat gestützt werden (wie z.B. in 21b, 21d, 22a, 22c, 22e gezeigt), oder eine optische Anordnung, die eine Anordnung von Mikrolinsen aufnimmt (wie z.B. in 24 gezeigt), erzeugt werden.Therefore, by using one of the above methods, an optical arrangement in which the ends of fibers are supported by the substrate (as in, for example, US Pat 14 shown), an optical assembly that receives one or more individual placed microlenses that are supported by the substrate (such as in FIG 21b . 21d . 22a . 22c . 22e shown), or an optical arrangement which accommodates an array of microlenses (such as eg in 24 shown).

Wie oben festgestellt, kann das Substrat auch gemustert werden, um die Oberfläche des Substrats aufzurauen und die bloßliegende Oberfläche für bessere Wärmeableitung zu vergrößern.As As stated above, the substrate can also be patterned to the surface roughen the substrate and the exposed surface for better heat dissipation to enlarge.

Es ist anzuerkennen, dass unter Verwendung der hierin beschriebenen Techniken, d.h. Übriglassen von anhaftendem Substrat, Spannungen sich primär nicht in optische Vorrichtungen fortpflanzen, sondern statt dessen von dem verbindenden Medium oder dem elektronischen Chip aufgenommen werden, welche beide besser im Stande sind, solche Spannungen auszuhalten.It It should be appreciated that using the herein described Techniques, i. Leave by adherent substrate, voltages are not primarily in optical devices but instead of the connecting medium or the electronic chip, both of which are better are able to withstand such tensions.

25 bis 28 sind jeweils Beispieldarstellungen des Prozesses zur Erzeugung von Varianten von elektrooptischen Chips in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Techniken. 25 to 28 are each example illustrations of the process for generating variants of electro-optical chips in accordance with the techniques described above.

25a ist eine vereinfachte Ansicht einer einzelnen unterseitig emittierenden Laservorrichtung 25-1002, die Teil einer Anordnung von Laservorrichtungen ist, von denen der Rest nicht gezeigt ist. 25a is a simplified view of a single bottom emitting laser device 25- 1002 which is part of an array of laser devices, the remainder of which is not shown.

Die Vorrichtung 25-1002 ist durch Trennungsgräben 25-1004 von ihren Nachbarn getrennt und ist auf einem Substrat 25-1006 gestützt, das aus einem geeigneten Material besteht, zum Beispiel Silizium (Si), Siliziumgermanium (SiGe), Galliumarsenid (GaAs) oder Indiumphosphat (InP). Das für das Substrat verwendete bestimmte Material wird zwar wahrscheinlich durch Faktoren bestimmt, die von der Erfindung unabhängig sind, es ist aber bemerkenswert, dass Spannungen aufgrund von thermischen Faktoren vermindert werden können, indem die Expansionskoeffizienten des optischen Vorrichtungssubstrats und des elektronischen Wafers so nahe beieinander wie möglich gewählt werden. Idealerweise sollten beide aus demselben Material sein, so dass die Expansionskoeffizienten von beiden dieselben sind.The device 25- 1002 is separated by separation trenches 25- 1004 separated from their neighbors and is on a 25- 1006 supported by a suitable material, for example silicon (Si), silicon germanium (SiGe), gallium arsenide (GaAs) or indium phosphate (InP). While the particular material used for the substrate is likely to be determined by factors that are independent of the invention, it is noteworthy that stress due to thermal factors can be reduced by placing the expansion coefficients of the optical device substrate and the electronic wafer as close together possible to be chosen. Ideally, both should be of the same material, so the expansion coefficients of both are the same.

Elektrische Kontakte 25-1006, 25-1010, die für Lasererregung und -steuerung verwendet werden, sind jeweils auf einem Ständer 25-1012, 25-1014 für Stützung montiert. Ein Ende 25-1016, 25-1018 eines jeden elektrischen Kontakts wirkt als eine Elektrode für die Laservorrichtung, und das andere Ende eines jeden ist ein Kontaktfleck 25-1020, 25-1022, auf dem ein elektrisch leitendes Material 25-1024 wie z.B. Lötmittel abgeschieden wird, um die Vorrichtung 25-1002 mit einem elektronischen Wafer zu verbinden.Electrical contacts 25- 1006 , 25- 1010 , which are used for laser excitation and control, are each mounted on a stand 25- 1012 , 25- 1014 mounted for support. An end 25- 1016 , 25- 1018 of each electrical contact acts as an electrode for the laser device, and the other end of each is a contact pad 25- 1020 , 25- 1022 on which an electrically conductive material 25- 1024 how, for example, solder is deposited to cause the device 25- 1002 to connect with an electronic wafer.

25b zeigt die Laservorrichtung 25-1002 von 25a, nachdem die Laseranordnung umgedreht und über entsprechenden Kontaktflecken 25-1026, 25-1028 eines elektronischen Wafers 25-1030 positioniert worden ist. 25b shows the laser device 25- 1002 from 25a after the laser assembly is turned over and over corresponding pads 25- 1026 , 25- 1028 an electronic wafer 25- 1030 has been positioned.

25c zeigt die Laservorrichtung, nachdem sie über eine Lötmittelkontaktierung 25-1032 zwischen den jeweiligen Kontaktflecken 25-1020, 25-1022, 25-1026, 25-1028 am elektronischen Wafer 25-1030 befestigt worden ist. 25c shows the laser device after it has been soldered via a 1032 between the respective contact spots 25- 1020 , 25- 1022 , 25- 1026 , 25- 1028 on the electronic wafer 25- 1030 has been fastened.

25d zeigt die Laservorrichtung, nachdem das Substrat 25-1006 auf zwischen ungefähr 20 Mikrometer und ungefähr 50 Mikrometer abgetragen worden ist. 25d shows the laser device after the substrate 25- 1006 has been removed to between about 20 microns and about 50 microns.

25e zeigt die Vorrichtung, nachdem der Zugangsweg 25-1034 im Substrat 25-1006 erzeugt worden sind, in diesem Fall mittels Ätzen statt Bohren. Man beachte, dass sich der Zugangsweg in diesem Beispiel von der Oberfläche des Substrats 25-1006 zu der Vorrichtungs-Plattierungsschicht 25-1038 erstreckt. 25e shows the device after the access path 25- 1034 in the substrate 25- 1006 have been produced, in this case by means of etching instead of drilling. Note that the access path in this example is from the surface of the substrate 25- 1006 to the device plating layer 25- 1038 extends.

25f zeigt die Vorrichtung von 25e, nachdem ein wahlweises wärmeleitendes Material 25-1040 auf die Vorrichtung aufgebracht worden ist, zum Beispiel ein Thermo-Epoxid mit niedriger Viskosität (damit es für gute Bedeckung gut fließt) und guter Wärmeleitfähigkeit nach dem Aushärten. 25f shows the device of 25e after an optional thermally conductive material 25- 1040 has been applied to the device, for example, a low viscosity thermo-epoxy (to make it flow well for good coverage) and good post-cure heat conductivity.

Das Obige wurde zwar unter Bezugnahme auf eine Laservorrichtung beschrieben, der Prozess würde für eine Vorrichtung vom Detektor-Typ aber derselbe sein, außer dass die Detektor-Vorrichtung möglicherweise auch AR-beschichtet wird.The Although the above has been described with reference to a laser device, the process would be for a device but be the same as the detector type except that the detector device possibly also AR-coated.

26a bis 26f zeigen eine andere optoelektronische Vorrichtung, die auf eine ähnliche Weise wie die in 26a bis 26f gezeigte Vorrichtung erzeugt wird, außer dass diese Laservorrichtung das Halbleitermaterial der Vorrichtung als die Ständer 25-1012, 25-1014 verwendet. 26a to 26f show another optoelectronic device, which in a similar way as in 26a to 26f shown except that this laser device uses the semiconductor material of the device as the stator 25- 1012 , 25- 1014 used.

27a bis 27f zeigen eine andere optoelektronische Vorrichtung, die auf eine ähnliche Weise wie die vorhergehenden Vorrichtungen erzeugt wird. Wie gezeigt, ist diese Vorrichtung von dem Typ, bei dem das Halbleitermaterial nicht für die Ständer benutzt wird. Außerdem sind die Laser dieser optoelektronischen Vorrichtung so gruppiert, dass sie auf eine redundante Weise benutzt werden können. Wie oben festgestellt, wird die Erzeugung einer Anordnung mit redundanten Lasern in der durch Bezugnahme hierin aufgenommen Patentanmeldung mit dem Titel "Redundant Optical Device Array" beschrieben. Speziell zeigt 28 zwei benachbarte Laser in der Laseranordnung, wobei zusätzlich zur Erzeugung eines Zugangswegs 28-1034 Gruppierungsgräben 28-1302, 28-1304 unter Verwendung von bekannten Ätztechniken im übrigen Substrat 28-1006 geätzt werden, auf eine Tiefe, die die Gruppierungsgräben 28-1302, 28-1304 mit einigen der Trennungsgräben 28-1004 verbindet. Auf diese Weise können zwei oder mehr Laser so angeordnet werden, dass sie eine gemeinsame Faser gemeinsam verwenden, wobei einer oder mehrere als Backup-Laser dienen, wie z.B. in der gemeinhin übertragenen Anmeldung mit dem Titel "Redundant Optical Device Array" beschrieben, welche durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird. 27a to 27f show another optoelectronic device that is produced in a similar manner as the previous devices. As shown, this device is of the type in which the Semiconductor material is not used for the stands. In addition, the lasers of this optoelectronic device are grouped so that they can be used in a redundant manner. As stated above, the generation of a redundant laser array is described in the patent application entitled "Redundant Optical Device Array", incorporated herein by reference. Specially shows 28 two adjacent lasers in the laser array, in addition to generating an access path 28- 1034 Grouping trenches 28- 1302 , 28- 1304 using known etching techniques in the remaining substrate 28- 1006 be etched to a depth that the grouping trenches 28- 1302 , 28- 1304 with some of the separation trenches 28- 1004 combines. In this way, two or more lasers may be arranged to share a common fiber, with one or more serving as a backup laser, as described, for example, in the commonly assigned application entitled "Redundant Optical Device Array" Reference is incorporated herein.

Ein Vorteil, der aus dem Gruppieren der Laser auf diese Weise erwächst, ist, dass die Ausbeute für einen einzelnen Wafer gesteigert wird, da bei einem Paar von gruppierten Lasern, wenn ein Laser beschädigt wird, der andere an seiner Stelle verwendet werden kann. Ein anderer potentieller Vorteil, dies zu tun, kann eine erhöhte Lebensdauer für die optoelektronische Vorrichtung sein. Zum Beispiel, wenn ein Laser des Paares letztlich stirbt, und wenn die Laser von außen unabhängig auswählbar sind, kann der zweite Laser ausgewählt und an Stelle des schlechten Lasers verbunden werden.One Advantage that arises from grouping the lasers in this way is that the yield for one single wafer is increased, as in a pair of grouped Lasers when a laser gets damaged the other one can be used in its place. Another potential Advantage of doing this may be increased life for the optoelectronic Be device. For example, if a pair of lasers ultimately dies, and if the lasers are independently selectable from the outside, the second one can Laser selected and be connected in place of the bad laser.

Noch ein weiterer erzielbarer Vorteil sind verminderte Kosten, einen oder beide der unmittelbar vorhergehenden zwei Vorteile zu erzielen. Da die zunehmenden Kosten der Vergrößerung der Zahl der Laser auf einem Wafer vernachlässigbar sind, sind die verbesserte Ausbeute und/oder Zuverlässigkeit bzw. verlängerte Lebensdauer eigentlich kostenlos.Yet Another recoverable advantage is reduced costs, one or both of the immediately preceding two advantages. As the increasing costs of increasing the number of lasers up a wafer negligible are the improved yield and / or reliability or extended life actually free.

28 zeigt auch eine funktionelle Darstellung einer unter Verwendung der Technik von 18a bis 18f hergestellten Beispielanordnung 28-1306. Die Anordnung 28-1306 ist von der Oberseite der Vorrichtung her dargestellt, so dass der Zugangsweg 28-1034 und das übrige Substrat 28-1006 über jedem Laser deutlich sichtbar ist. Wie in 28 gezeigt, sind die Laser zu Vieren gruppiert, wobei eine Gruppe 28-1308 durch die Gruppierungsgräben 28-1302, 28-1304 definiert wird, die sicherstellen, dass es keinen Stromweg zwischen benachbarten Lasern in der Gruppe 28-1308 über das Substrat 28-1006, welches elektrisch leitend ist, gibt. Zu Darstellungszwecken sind einige der Trennungsgräben 28-1004 gezeigt, obwohl von diesem Aussichtspunkt aus natürlich keiner tatsächlich sichtbar sein würde. 28 also shows a functional representation of one using the technique of 18a to 18f prepared example arrangement 28- 1306 , The arrangement 28- 1306 is shown from the top of the device, so that the access path 28- 1034 and the remaining substrate 28- 1006 clearly visible over each laser. As in 28 shown, the lasers are grouped into four, with a group of 28- 1308 through the grouping trenches 28- 1302 , 28- 1304 ensuring that there is no current path between adjacent lasers in the group 28- 1308 over the substrate 28- 1006 , which is electrically conductive, gives. For purposes of illustration, some of the separation trenches 28- 1004 although, of course, no one would actually be visible from this vantage point.

29a bis 29f zeigen eine andere optoelektronische Vorrichtung, die auf eine ähnliche Weise wie die Vorrichtungen von 25 bis 27 erzeugt wird. Wie gezeigt, ist diese Vorrichtung von dem Typ, bei dem das Halbleitermaterial für die Ständer 29-1402, 29-1404 benutzt wird. Außerdem sind die Laser dieser optoelektronischen Vorrichtung auf die Art und Weise von 27 und 28 gruppiert, außer in Paaren (eines davon ist nicht gezeigt), wie aus den Gruppierungsgräben ersichtlich ist. 29a to 29f show another optoelectronic device, which in a similar way as the devices of 25 to 27 is produced. As shown, this device is of the type in which the semiconductor material for the stator 29- 1402 , 29- 1404 is used. In addition, the lasers of this optoelectronic device are in the manner of 27 and 28 grouped, except in pairs (one of which is not shown), as can be seen from the grouping trenches.

Wie oben festgestellt, gibt es für Hersteller von optoelektronischen Vorrichtungen vom oben beschriebenen Typ zwei Wege, die optischen Vorrichtungen zu erlangen – sie können sie selbst herstellen, oder sie können sie von einem Dritten beziehen. Bei Herstellung der optischen Vorrichtungen (austauschbar der Einfachheit halber als "optischer Chip" bezeichnet) und des elektronischen Wafers (austauschbar der Einfachheit halber als "elektronischer Chip" bezeichnet) kann der Hersteller Maßnahmen treffen, sicherzustellen, das die Kontaktflecken auf beiden richtig platziert sind, um aufeinander ausgerichtet zu werden, wenn der optische Chip über dem elektronischen Chip positioniert wird. Typischerweise werden elektrische und optische Chips jedoch nicht gleichzeitig konstruiert, selbst wenn sie innerhalb derselben Organisation konstruiert und gefertigt werden. Wenn es keine enge Koordination innerhalb der Organisation im Hinblick auf die Konstruktion sowohl der optischen als auch der elektronischen Chips gibt, kann daher selbst bei einem einzelnen Hersteller leicht ein Mangel an Entsprechung zwischen Kontaktflecken auf beiden Chips auftreten – besonders wenn einer oder beide auch eingedenk von Verkäufen an Dritte konstruiert werden oder Integration mit Vorrichtungen aus anderen Quellen erwogen wird. Außerdem machen es nachfolgende Verbesserungen oder Änderungen an der Konstruktion eines davon möglicherweise notwendig, die Lage der Kontaktflecken zu ändern, wodurch eine Kontaktfleck-Fehlausrichtung eingeführt wird, wo vorher keine da war, selbst innerhalb derselben Organisation.As stated above, is there for Manufacturer of optoelectronic devices from the above Type two ways to obtain the optical devices - they can do it make yourself, or you can receive them from a third party. When manufacturing the optical devices (interchangeably referred to as "optical chip" for convenience) and electronic Wafers (interchangeably referred to simply as "electronic chip") may be the manufacturer's measures Make sure the contact marks on both are correct are placed to be aligned with each other when the optical chip over the electronic chip is positioned. Typically but electrical and optical chips are not constructed at the same time, even if they are constructed within the same organization and be made. If there is no close coordination within the Organization with regard to the construction of both the optical as well as the electronic chips, can therefore even at a single manufacturer is easily a lack of correspondence between Contact marks on both chips occur - especially if one or both also mindful of sales be constructed to third parties or integration with devices from other sources. Besides, it will do the following Improvements or changes possibly necessary to the construction of one of them Able to change the contact patch, whereby a pad misalignment is introduced where there was none before was, even within the same organization.

Noch schlimmer, falls der elektronische Chip konstruiert wird, mit einer Vielfalt von verschiedenen optischen Chips verwendet zu werden, die optischen Chips aber als Vorratsware von Dritten bezogen werden (zum Beispiel Chips, die enthalten: oberseitig emittierende Hohlraumlaser, unten emittierende Hohlraumlaser, DFB- oder DBR-Laser, oberseitig empfangende Detektoren oder unten empfangende Detektoren), die für Vertrieb an viele unverwandte Benutzer massengefertigt werden, ist es unwahrscheinlich, dass sich die Kontaktflecken auf den optischen Vorrichtungen alle an derselben Stelle befinden, selbst wenn sie ansonsten mit dem elektronischen Chip kompatibel sind.Even worse, if the electronic chip is designed to be used with a variety of different optical chips, but the optical chips are sourced from third parties (for example, chips containing: top emitting cavity lasers, bottom emitting cavity lasers, DFB or DBR lasers, detectors receiving at the top, or detectors receiving at the bottom) used for Ver If many unrelated users are mass-produced, it is unlikely that the pads on the optical devices will all be in the same location, even if otherwise compatible with the electronic chip.

Zum Beispiel, wie oben in Verbindung mit 18 gezeigt, hat eine einzelne optische Vorrichtung Kontaktflecken, die in der durch ihren Hersteller spezifizierten Position platziert sind, und ein elektronischer Wafer hat ebenfalls Kontaktflecken, auf denen eine optische Vorrichtung verbunden werden kann und die in der durch seinen Hersteller spezifizierten Position platziert sind. Wird die optische Vorrichtung für Flip-Chip-Kontaktierung mit dem elektronischen Wafer kopfüber gebracht, werden die Kontaktflecken von beiden nicht ausgerichtet sein. Trotzdem kann die Erfindung durch Änderung der oben beschriebenen Technik mit anderen Lasern als den in den bisherigen Beispielen erwähnten unten emittierenden Lasern verwendet werden, und auch mit unten emittierenden Lasern, die andere Kontaktfleck-Ausrichtungen haben, und oben oder unten empfangenden Detektoren.For example, as above in connection with 18 As shown, a single optical device has contact pads placed in the position specified by its manufacturer, and an electronic wafer also has contact pads to which an optical device can be connected and placed in the position specified by its manufacturer. When the optical device is brought upside down for flip-chip bonding with the electronic wafer, the pads of both will not be aligned. Nevertheless, the invention can be used by changing the technique described above with lasers other than those mentioned in the previous examples, and also with down-emitting lasers having other pad orientations and detectors receiving top or bottom.

Vorteilhaft ermöglicht dies die Auswahl und Verwendung der "Bestzucht"-Chips, die die beste individuelle Leistung für die Anwendung haben, und vermeidet den Ausschluss von Lieferanten, bloß weil sie eine Platzierungsanforderung oder einen Platzierungsstandard für elektrische Kontakte nicht erfüllen oder nicht erfüllen werden.Advantageous allows This is the selection and use of the "best breeding" chips that provide the best individual performance for the Apply, and avoid the exclusion of suppliers, just because they a placement requirement or a placement standard for electrical Do not meet contacts or not.

Im Allgemeinen werden zwei verschiedene Prozesse verwendet, je nachdem, ob die optischen Vorrichtungen unten emittierend/empfangend oder oberseitig emittierend/empfangend sind.in the Generally, two different processes are used, depending on whether the optical devices emit / receive at the bottom or upper side emitting / receiving.

Für leichte Erläuterung wird der Ausdruck "unten aktiv" verwendet, um sowohl unten emittierende Vorrichtungen (Laser) als auch unten empfangende Vorrichtungen (Detektoren) zu bezeichnen. Ähnlich bezeichnet "oben aktiv" oder "oberseitig aktiv" nachfolgend sowohl oben emittierende Laser als auch oben empfangende Detektoren.For easy explanation the expression "below active "used, around both down-emitting devices (lasers) and below to designate receiving devices (detectors). Similarly, "top active" or "top side active" refer to both below top emitting lasers as well as top receiving detectors.

Prozess für unten aktive VorrichtungenProcess for below active devices

Unter Bezugnahme auf 30 wird jetzt der für unten emittierende/empfangende Vorrichtungen (d.h. unten aktive Vorrichtungen) verwendbare Prozess erläutert. Um die Erläuterung zu erleichtern, ist vorauszusetzen, dass der optische Wafer 30-1502 zu einem optischen Chip 30-1504 verarbeitet wurde, wie oben erörtert. Alternativ kann es sein, dass der optische Chip 30-1504 von einem Dritten bezogen worden ist.With reference to 30 Now, the process usable for bottom emitting / receiving devices (ie, bottom active devices) will be explained. To facilitate the explanation, assume that the optical wafer 30- 1502 to an optical chip 30- 1504 was processed as discussed above. Alternatively, it may be that the optical chip 30- 1504 obtained from a third party.

Zuerst wird unter Verwendung von bekannten Techniken eine isolierende Schicht 30-1506 zur Oberfläche des optischen Chips 30-1504 hinzugefügt.First, using known techniques, an insulating layer 30- 1506 to the surface of the optical chip 30- 1504 added.

Danach werden Öffnungen oder Durchgänge 30-1508 in der isolierenden Schicht 30-1506 erzeugt, um Zugang zu den Kontaktflecken des optischen Chips zu ermöglichen. Dies geschieht wieder durch Laserbohren oder Ätzen, zum Beispiel auf die Weise, die zur Erzeugung von Durchgangslöchern in Wafern verwendet wird und unten im Abschnitt mit dem Titel "Mehrstück-Faseroptik-Bauteil und -Herstellungstechnik" beschrieben wird.Thereafter, openings or passages 30- 1508 in the insulating layer 30- 1506 generated to allow access to the contact pads of the optical chip. This is again done by laser drilling or etching, for example, in the manner used to create through holes in wafers and described below in the section entitled "Multi-Piece Fiber Optic Device and Manufacturing Technique".

Alternativ können die Öffnungen oder Durchgänge 30-1508 vor der Befestigung in der isolierenden Schicht vorgeformt werden, zum Beispiel wenn die Kontaktfleckplätze im Voraus bekannt sind.Alternatively, the openings or passages 30- 1508 preformed in the insulating layer prior to attachment, for example if the contact patch locations are known in advance.

Danach werden die Öffnungen oder Durchgänge 30-1508 elektrisch leitend gemacht, indem ein elektrisch leitendes Material 30-1510 auf die Seitenwände der Öffnungen oder Durchgänge (welche wahlweise vorher mit einem Isolator beschichtet worden sein können) aufgebracht wird oder die Öffnungen oder Durchgänge mit dem Material 30-1510 gefüllt werden.Thereafter, the openings or passages 30- 1508 made electrically conductive by an electrically conductive material 30- 1510 is applied to the sidewalls of the apertures or passages (which may optionally have previously been coated with an insulator) or the apertures or passages with the material 30- 1510 be filled.

Wenn die Öffnungen oder Durchgänge nicht vollständig gefüllt werden, können sie vorteilhaft verwendet werden, um bei der Ausrichtung zu helfen. Dies kann geschehen, wenn die Öffnungen oder Durchgänge so weit sind, dass die Lötmittel-Bumps auf dem anderen Chip in die Löcher "einrasten" können, wodurch eine Anfangsausrichtung zwischen den beiden erzeugt wird. Außerdem wird in manchen Fällen Kapillarwirkung bewirken, dass das Lötmittel teilweise in die Öffnungen oder Durchgänge hinein gezogen wird, wenn es schmilzt, was eine bessere Verbindung bewirkt und zusätzlich bei der Ausrichtung hilft.If the openings or passages not completely filled can, can They are used to advantage in alignment. This can be done when the openings or passages like that Far are the solder bumps on the other chip in the holes can "snap", causing an initial alignment is created between the two. In addition, will in some cases Capillary action cause the solder partially into the openings or passages pulled into it when it melts, what a better connection causes and in addition helps with alignment.

Wenn die Öffnungen oder Durchgänge vor der Befestigung vorgeformt werden, kann wahlweise und alternativ das Beschichten oder Füllen der Öffnungen oder Durchgänge (wie gewünscht) auch vor der Befestigung der isolierenden Schicht am optischen Chip durchgeführt werden.If the apertures or passages are preformed prior to attachment, optionally and alternatively, the coating or filling of the apertures or passages (as desired) may also be performed prior to fastening tion of the insulating layer on the optical chip are performed.

Als Nächstes werden elektrische Spuren 30-1512 auf der bloßliegenden Seite des Isolators gemustert, um einen leitenden Weg von der oder dem (nun beschichteten oder gefüllten) Öffnung oder Durchgang zu der oder den Stelle(n) auf der Isolatoroberfläche zu erzeugen, die später auf die Platzierung der Kontaktflecken auf dem elektrischen Wafer ausgerichtet werden. Wenn mehrere verschiedene Ausrichtungen möglich sind, kann je nach dem bestimmten elektronischen Chip, mit dem der optische Chip zusammengefügt wird, wahlweise eine einzelne Spur zwei oder mehr alternative Verbindungsstellen erzeugen oder einen Verbindungsbereich erzeugen, wenn die zusammenzufügenden Kontakte ein wenig voneinander versetzt sind, aber innerhalb einer bewältigbaren definierten Zone liegen.Next, electrical traces 30- 1512 patterned on the exposed side of the insulator to create a conductive path from the orifice or passage (now coated or filled) to the site (s) on the insulator surface, which later upon placement of the contact pads on the electrical wafer be aligned. If several different orientations are possible, depending on the particular electronic chip with which the optical chip is mated, optionally a single track may create two or more alternative joints or create a joint area if the mating contacts are slightly offset from each other but within a manageable defined zone lie.

Wenn der Chip, mit dem der optische Chip zusammengefügt wird, ein elektronischer Chip ist (im Gegensatz zu einem anderen optischen Chip wie z. B. einem Modulator oder einem anderen Laser, für den der optische Chip optisch transparent ist), könnten die elektrischen Spuren in einer Variante des Obigen auf dem elektronischen Chip gemustert werden, da im Allgemeinen die meisten elektronischen Chips bereits mit einer isolierenden Schicht daherkommen, die für Kontaktumleitung verwendet werden kann.If the chip with which the optical chip is assembled, an electronic Chip is (unlike another optical chip such as a modulator or other laser for which the optical chip optically is transparent) the electric traces in a variant of the above on the electronic Chip are patterned, as generally the most electronic Chips already come with an insulating layer for contact redirection can be used.

Wenn dies vollbracht ist, geht der Prozess wie oben beschrieben mit dem Zusammenfügen der zwei Chips 30-1514 weiter (in diesem Beispiel unter Verwendung von Flip-Chip-Techniken), in dem bestimmten Fall gefolgt von Abtragen des Substrats, vollständigem Entfernen des Substrats oder Übriglassen des Substrats mit der Dicke, die es hat. Danach können je nach Wunsch oder Notwendigkeit Erzeugung von Zugangswe gen 30-1516, Mustern des Chipsubstrats, Fluss eines Wärmeleiters oder Aufbringung einer AR-Beschichtung durchgeführt werden.When this is done, the process goes as described above with the joining of the two chips 30- 1514 further (in this example using flip-chip techniques), in the particular case followed by ablation of the substrate, complete removal of the substrate, or leaving the substrate with the thickness it has. Thereafter, as desired or necessary, generation of access 30- 1516 , Patterning of the chip substrate, flow of a thermal conductor, or application of an AR coating.

Prozess für oberseitig aktive VorrichtungenProcess for upper side active devices

Unter Bezugnahme auf 31 wird jetzt der für oberseitig emittierende/empfangende Vorrichtungen (d.h. oberseitig aktive Vorrichtungen) verwendbare Prozess erläutert. Um die Erläuterung zu erleichtern, ist vorauszusetzen, dass der optische Chip von einem Dritten bezogen wurde, wobei der Prozess zur Erzeugung des optischen Chips unabhängig von der Erfindung ist.With reference to 31 Now, the process usable for upper side emitting / receiving devices (ie, upper side active devices) will be explained. To facilitate explanation, it is to be understood that the optical chip has been obtained from a third party, and the process of producing the optical chip is independent of the invention.

Außerdem können vor dem Start des Prozesses einer oder beide von zwei wahlweisen Schritten durchgeführt werden. Der erste bringt einen Träger an der oberseitigen Oberfläche des optischen Chips an. Dieser Träger kann aus einem beliebigen Material bestehen und wird bloß für Steifigkeit und zum Festhalten des optischen Chips während der übrigen Bearbeitung verwendet. Der zweite umfasst, das Substrat des optischen Chips abzutragen. Dies vermindert die Materialmenge, die geätzt oder durchbohrt werden muss, um Zugang zu den vorne auf dem optischen Chip vorhandenen Kontakten zu bekommen.In addition, before at the start of the process, or both of two optional steps. The first one brings a carrier on the top surface of the optical chip. This carrier can be made from any Material is made and becomes bare for rigidity and used to hold the optical chip during the remaining processing. The second involves removing the substrate of the optical chip. This reduces the amount of material that is etched or pierced need to access the front of the optical chip To get contacts.

In diesem Zeitpunkt geht der Prozess wie folgt auf eine analoge Weise zu dem Prozess von 30 weiter.At this time, the process proceeds in an analogous manner to the process of FIG 30 further.

Löcher oder Durchgänge werden durch das Substrat des optischen Chips zu den Kontakten vorne auf dem optischen Chip geätzt oder gebohrt.Holes or crossings be through the substrate of the optical chip to the contacts in front etched on the optical chip or bored.

Die Löcher oder Durchgänge werden dann mit einem elektrisch leitenden Material (welches mit einer Isolatorbeschichtung unterlegt sein kann) beschichtet oder gefüllt, um die Kontakte zur Rückseite des optischen Chips herauszuführen.The holes or passages are then with an electrically conductive material (which with an insulator coating can be lined) coated or filled, around the contacts to the back of the optical chip.

Alternativ, zum Beispiel wenn die Kontakte so liegen, dass direkter Zugang von der Rückseite des Chips durch das Substrat hindurch den Chip beschädigen würde oder ein anderes Problem darstellen würde, werden die Löcher oder Durchgänge an einer geeigneten Stelle geätzt oder gebohrt und kann ein elektrischer Leiter zur Vorderseite hinzugefügt werden, um den Kontaktfleck mit der Leiterbeschichtung zu verbinden oder die Löcher oder Durchgänge zu füllen.Alternatively, for example, if the contacts are such that direct access from the back of the chip through the substrate would damage the chip or would be another problem the holes or passages Etched at a suitable location or drilled and an electrical conductor can be added to the front, to connect the contact pad with the conductor coating or the holes or passages to fill.

Wenn die Öffnungen oder Durchgänge nicht vollständig gefüllt werden, können sie vorteilhaft verwendet werden, um bei der Ausrichtung zu helfen. Dies kann geschehen, wenn die Öffnungen oder Durchgänge so weit sind, dass die Lötmittel-Bumps auf dem anderen Chip in die Löcher einrasten" können (31B), wodurch eine Anfangsausrichtung zwischen den beiden erzeugt wird. Außerdem wird in manchen Fällen Kapillarwirkung bewirken, dass das Lötmittel teilweise in die Öffnungen oder Durchgänge gezogen wird, wenn es schmilzt, was eine bessere Verbindung bewirkt und zusätzlich bei der Ausrichtung hilft.If the apertures or passages are not completely filled, they can be used to advantage to aid in alignment. This can happen if the openings or passages are so far that the solder bumps on the other chip can "snap" into the holes ( 31B ), creating an initial alignment between the two. In addition, in some cases, capillary action will cause the solder to be partially drawn into the openings or passageways as it melts, providing a better bond and additionally assisting in alignment.

Oder, wenn die Durchgänge oder Löcher so liegen, dass sie mit der richtigen Stelle für ausgerichtetes Zusammenfügen mit dem elektronischen Chip zusammenfallen, kann dies ebenfalls durchgeführt werden, und die Öffnungen oder Durchgänge können unter Verwendung von konventionellen Techniken mit den Kontaktflecken auf der Vorderseite verbunden werden.Or, when the passages or holes lie so that they are using the right place for aligned joining with coincide with the electronic chip, this can also be done and the openings or passages can using conventional contact patch techniques be connected on the front.

Wenn die Durchgänge oder Löcher nicht mit den Kontaktflecken auf dem elektronischen Chip zusammenfallen, können wie bei dem Prozess zur Integration von rückseitig emittierenden/empfangenden Vorrichtungen elektrische Spuren auf dem Substrat des optischen Wafers von 31C oder dem anderen Chip von 31D, in diesem Fall dem elektronischen Chip, gemustert werden, um eine Verbindung zwischen den Durchgängen oder Löchern und den Kontaktplätzen auf dem anderen Chip bereitzustellen.If the vias or holes do not coincide with the pads on the electronic chip, as in the process of integrating backside emitting / receiving devices, electrical traces on the substrate of the optical wafer of FIG 31C or the other chip from 31D , in this case the electronic chip, are patterned to provide a connection between the vias or holes and the pads on the other chip.

In diesem Zeitpunkt können die Chips zusammengebracht und verbunden werden, wie oben beschrieben.In this time can the chips are brought together and connected as described above.

Wurde der zusätzliche Schritt durchgeführt, den Träger hinzuzufügen, so kann der Träger jetzt entfernt werden. Ist der Träger so dick, dass Probleme hinsichtlich optischem Zugang verursacht werden, oder hat er einen inkompatiblen komplexen Brechungsindex, der die Durchlassung von Laserlicht durch den Träger ungünstig beeinflussen würde, so sollte er entfernt werden. In alternativen Varianten kann der Träger dagelassen werden, selbst wenn er Probleme hinsichtlich optischem Zugang verursachen würde oder einen inkompatiblen komplexen Brechungsindex hat, indem Zugangswege oder Durchgangslöcher im Träger gemustert werden, vorzugsweise vor der Befestigung am optischen Chip.Has been the additional one Step performed, the carrier add, so can the carrier be removed now. Is the carrier so thick that problems be created with regard to optical access, or does he have one incompatible complex refractive index, which is the transmission of Laser light through the carrier unfavorable would affect so he should be removed. In alternative variants, the carrier be left behind even if he has problems regarding optical Would cause access or has an incompatible complex refractive index by accession paths or Through holes in the carrier be patterned, preferably before attachment to the optical Chip.

Falls gewünscht, können außerdem ein oder mehrere zusätzliche optische Elemente wie z.B. Mikrolinsen oder Wellenleiter oben auf den Träger gesetzt werden.If desired can Furthermore one or more additional ones optical elements such as e.g. Microlenses or waveguides on top the carrier be set.

32 zeigt einen Prozess ähnlich dem, der in 31 gezeigt ist, außer dass kein Träger verwendet wird. 32 shows a process similar to the one in 31 is shown, except that no carrier is used.

Alternative mit Verbindungs- oder Adapter-Chipalternative with connection or adapter chip

In einer alternativen Variante, die zum Beispiel verwendbar ist, wenn sowohl der optische Chip als auch der andere Chip von unterschiedlichen Seiten bezogen werden oder zwei oder mehr Chips in Betracht gezogen werden und sie unterschiedliche Kontaktfleckenplatzierungen aufweisen, die Kontaktfleckenplatzierung eines jeden aber bekannt ist, kann leicht ein "Adapter"- oder Verbindungs-Chip hergestellt werden, indem die Lehren hierin auf eine unkomplizierte Weise angewendet werden, wodurch Konstruktion und/oder Herstellung trotzdem vonstatten gehen können.In an alternative variant that is usable, for example, when both the optical chip and the other chip of different Pages are sourced or two or more chips are considered and they have different contact patch locations, However, the contact patch placement of each is known easily an "adapter" or connection chip be prepared by the teachings herein to an uncomplicated Be applied, thus reducing construction and / or manufacturing still be able to proceed.

Unter Bezugnahme auf 33, welche einen Verbindungs-Chip oder Adapter-Chip zeigt, der verwendet wird, um unterschiedliche Vorrichtungen zu verbinden, wird die Oberseite 33-1802 und Unterseite 33-1804 eines gemeinsamen Wafers 33-1800 gemustert, um Spuren 33-1806, 33-1808, 33-1810 auf jeder Seite von den spezifizierten Kontaktfleckplätzen 33-1812, 33-1814, 33-1816, 33-1818 für jeden Chip her zu einem gemeinsamen Punkt für einen jeden zu erzeugen.With reference to 33 showing a connection chip or adapter chip used to connect different devices, the top 33- 1802 and bottom 33- 1804 a common wafer 33- 1800 patterned to trace 33- 1806 , 33- 1808 , 33- 1810 on each side from the specified pad locations 33- 1812 , 33- 1814 , 33- 1816 , 33- 1818 for each chip to create a common point for each one.

Danach werden Durchgangslöcher erzeugt und trichterförmig gemacht oder mit einem leitenden Material gefüllt, um entsprechende Paare zu verbinden, z.B. einen Kontakt auf der Oberseite mit seinem zugehörigen Kontakt auf der Unterseite, wenn die zwei Teile zusammengebracht werden.After that become through holes produced and funnel-shaped made or filled with a conductive material to appropriate pairs to connect, e.g. a contact on the top with its associated contact on the bottom, when the two parts are matched.

34 zeigt eine andere alternative Realisierung, welche eine weitere Variante der Adapter- oder Verbindungs-Chip-Variante ist, die für oberseitig aktive Vorrichtungen nutzbar ist. Wie gezeigt, hat der Adapter- oder Verbindungs-Chip 34-1902 elektrische Kontakte 34-1904 nur auf einer Seite für direkte Verbindung mit dem optischen Chip 34-1906 über Verbindungsflecken 34-1908 und Verbindung mit dem elektronischen Chip 34-1910 über zum Beispiel Ständer 34-1912, Jumper, Drähte, Bänder oder andere bekannte Befestigungsvorrichtungen. Da die Vorrichtungen in dieser Anordnung oben emittierend/empfangend sind, und der Adapter auf der Oberseite liegt, sind im Adapter auch "optische Durchgänge" 34-1914 vorgesehen, um Zugang zum optischen Licht zu erhalten. 34 shows another alternative implementation, which is another variant of the adapter or connection chip variant, which is available for upper-side active devices. As shown, the adapter or interconnect chip has 34- 1902 electrical contacts 34- 1904 only on one side for direct connection to the optical chip 34- 1906 via connection spots 34- 1908 and connection to the electronic chip 34- 1910 about for example stand 34- 1912 , Jumpers, wires, bands or other known fastening devices. Since the devices in this arrangement are emitting / receiving at the top, and the adapter is located on the top, "optical passages" are also present in the adapter. 1914 provided to gain access to the optical light.

Danach kann der optische Chip oben auf dem elektronischen Chip platziert werden, und der Verbindungs-Chip kann oben auf beiden Chips platziert werden, um Vernetzung zwischen den optischen und elektronischen Chips bereitzustellen.After that The optical chip can be placed on top of the electronic chip and the connection chip can be placed on top of both chips be networking in between the optical and electronic To provide chips.

Als Nebenbemerkung, obwohl in Verbindung mit dem Zusammenfügen von optischen Chips mit elektronischen Chips beschrieben, kann derselbe Basisprozess (d.h. Verwendung eines Verbindungs-Chips oder einer bzw. eines geeignet gemusterten isolierenden Schicht oder Substrats, um Kontaktfleck-Fehlausrichtung Rechnung zu tragen) in einer unkomplizierten Weise angepasst werden, um einer Kontaktfleck-Fehlausrichtung zwischen irgendeiner Kombination von optischen, elektrischen, elektronischen oder elektromechanischen Wafern Rechnung zu tragen.When Side note, although in connection with the joining of The same can be said for optical chips with electronic chips Basic process (i.e., using a connection chip or a or a suitably patterned insulating layer or substrate, to account for patch spot misalignment) in an uncomplicated manner Be adapted to a pad misalignment between any combination of optical, electrical, electronic or electromechanical wafers.

Weitere VariantenOther variants

Wie oben festgestellt, ist es in manchen Fällen erwünscht, einige der Vorrichtungen, speziell die Detektoren, mit einer AR-Beschichtung zu beschichten. Die oben beschriebenen optoelektronischen Chips bestehen jedoch aus zwei (oder möglicherweise mehr) ungleichen Typen von optischen Vorrichtungen. Und es ist unerwünscht, dass die AR-Beschichtung die Laser nachteilig beeinflusst.As stated above, it is sometimes desirable to use some of the devices especially the detectors to coat with an AR coating. However, the optoelectronic chips described above exist out of two (or maybe more) unequal types of optical devices. And it is undesirable that the AR coating the laser adversely affected.

In einer weiteren Variante der obigen Prozesse müssen die Vorrichtungen, die mit einer AR-Beschichtung zu versehen sind, vorteilhaft nicht von jenen unterschieden werden, die gewöhnlich nicht mit einer AR-Beschichtung zu versehen sind.In In a further variant of the above processes, the devices which to be provided with an AR coating, advantageously not from which are not usually associated with an AR coating to be provided.

Der Prozess folgt im Wesentlichen den oben in Verbindung mit 20 beschriebenen Prozessflüssen, wobei die Laser-Wafer und Detektor-Wafer erzeugt, kopfüber gebracht und mittels Flip-Chip-Kontaktierungstechniken am elektronischen Chip angebracht werden.The process essentially follows the one above 20 described process flows, wherein the laser wafer and detector wafer produced, brought upside down and attached by flip-chip bonding techniques on the electronic chip.

Die Substrate werden abgetragen, aber bezüglich des Lasersubstrats nur bis zu dem Punkt, wo das Substrat relativ zur Dicke des Laserhohlraums noch als dick angesehen werden kann. Obwohl unterschiedliche Typen von Laservorrichtungen eine unterschiedliche spezifische Dicke benötigen, sollte die Dicke des Substrat im Falle von DFBs und DBRs mindestens einige Male so groß wie die Dicke des Laserhohlraums und im Falle von VCSELs der Abstand zwischen den Spiegeln sein. Da der genaue Abstand von Vorrichtung zu Vorrichtung variiert, ist es eine gute Daumenregel, einen Faktor von 10x die Dicke des Laserhohlraums zu verwenden. Doch wenn die Dicke präzise gesteuert werden kann, kann sie kleiner als der Faktor 10x sein, wobei die bestimmte minimale Dicke empirisch als die minimale Dicke bestimmbar ist, bei der die AR-Beschichtung die Fähigkeit des Lasers zu Lasertätigkeit nicht beeinflusst.The Substrates are removed but only with respect to the laser substrate to the point where the substrate is relative to the thickness of the laser cavity can still be considered thick. Although different types of laser devices should need a different specific thickness the thickness of the substrate in the case of DFBs and DBRs at least some Male as big as the thickness of the laser cavity and in the case of VCSELs the distance between the mirrors. Because the exact distance from device varies to device, it is a good rule of thumb, a factor of 10x to use the thickness of the laser cavity. But if the Thickness accurate can be controlled, it can be smaller than the factor 10x, wherein the determined minimum thickness is empirical as the minimum thickness is determinable, where the AR coating the ability the laser to laser action unaffected.

Eine analoge Methode kann für oberseitig aktive Laser benutzt werden. Im Falle von oberseitig aktiven Lasern wird ein Substrat (welches der oben erwähnte Träger oder ein separates, nach Trägerentfernung aufgebrachtes Substrat sein kann oder, wenn keine Kontaktumleitung nötig ist oder auf dem anderen Chip durchgeführt wird, statt eines Trägers) an der Oberseite der Laser angebracht. Das Substrat wird entweder nach Aufbringung auf eine Dicke wie oben erwähnt abgetragen oder vor Aufbringung auf so eine Dicke abgetragen.A analog method can for Upper side active lasers are used. In the case of the upper side active lasers becomes a substrate (which is the above-mentioned carrier or a separate, after carrier removal may be applied substrate or, if no contact diversion is necessary or on the other chip, instead of a carrier) attached to the top of the lasers. The substrate is either after Application to a thickness as mentioned above removed or before application on such a thickness removed.

Sobald dies erreicht ist, können die Laser und Detektoren gleichzeitig mit einer Antireflex-Beschichtung versehen werden. Daher besteht keine Notwendigkeit für spezielle Musterung oder andere Unterscheidung zwischen den Lasern und Detektoren während des AR-Beschichtungsprozesses.As soon as this is achieved the lasers and detectors simultaneously with an antireflective coating be provided. Therefore, there is no need for special ones Patterning or other distinction between the lasers and detectors while of the AR coating process.

Daher ist zu erkennen, dass die obigen Prozesse auf verschiedene unterschiedliche Vorrichtungen angewandt werden können. Zum Beispiel kann unter Verwendung der Lehren der Erfindung Stapelung von Modulatoren oben auf Lasern in einer Anordnung in irgendeinem kompatiblen Format durchgeführt werden. Tatsächlich kann sie durchgeführt werden, wenn die Modulatoren oben auf oder unter dem Laser sind. Überdies kann sie unabhängig davon durchgeführt werden, ob die zwei (oder mehr) Vorrichtungen in einem einzigen Epitaxieschritt erzeugt werden. Ähnlich kann Stapelung von oberseitig aktiven Vorrichtungen obenauf von entweder oberseitig oder rückseitig aktiven Vorrichtungen durchgeführt werden, wie auch Stapelung von rückseitig aktiven Vor richtungen obenauf von entweder oberseitig oder rückseitig aktiven Vorrichtungen, wie z.B. in 35A und für einen auf einem rückseitig emittierenden Laser montierten Modulator detaillierter in 35B gezeigt.Therefore, it can be seen that the above processes can be applied to various different devices. For example, using the teachings of the invention, stacking of modulators on top of lasers can be performed in an array in any compatible format. In fact, it can be done with the modulators on top or under the laser. Moreover, it can be performed regardless of whether the two (or more) devices are generated in a single epitaxy step. Similarly, topside active device stacking may be performed on top of either topside or backside active devices, as well as stacking of backside active devices on top of either topside or backside active devices, such as in FIG 35A and for a modulator mounted on a backside emitting laser, in more detail in FIG 35B shown.

Vorrichtungen, die eine Gitterfehlanpassung haben, können ähnlich unabhängig davon gestapelt werden, welche Funktionen die individuellen Vorrichtungen durchführen.devices, which have a lattice mismatch can be similarly independent stacked, which functions the individual devices carry out.

In einer weiteren Anwendung können Vorrichtungen aus unterschiedlichen Epitaxiewafern zusammen auf einem gemeinsamen Chip auf einer Waferstufenebene integriert werden. Daher können Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen für Anwendungen mit Doppelwellenlängenmultiplex (DWDM) oder Vielfachwellenlängenmultiplex (MWDM) vermischt werden, wie z.B. in 36 gezeigt.In another application, devices from different epitaxial wafers may be integrated together on a common chip at a wafer level. Therefore, lasers with different wavelengths can be mixed for applications with dual wavelength division multiplexing (DWDM) or multiple wavelength division multiplexing (MWDM), such as in 36 shown.

36 zeigt eine Anordnung von einhundert Lasern mit unterschiedlichen Wellenlängen, die alle auf einem gemeinsamen Chip auf einer Waferstufe integriert sind. Indem man dies tut und jeden Laser auswählbar macht, kann eine bestimmte Wellenlänge (oder eine Kombination von Wellenlängen) ausgewählt werden. Dadurch wird die Notwendigkeit für abstimmbare Laser beseitigt, welche auf analoge Bewegungen von physischen Teilen bauen oder thermische Änderungen oder Effekte zeigen und bei denen die Geschwindigkeit auf Mikrosekunden begrenzt ist und die Genauigkeit begrenzt ist. 36 shows an array of one hundred lasers of different wavelengths, all integrated on a common chip on a wafer stage. By doing so and making each laser selectable, a particular wavelength (or combination of wavelengths) can be selected. This eliminates the need for tunable lasers that rely on analogous movements of physical parts or exhibit thermal changes or effects, where the speed is limited to microseconds and accuracy is limited.

Außerdem können die Wellenlängen mit derselben Rate umgeschaltet werden, mit der Daten gesendet werden, wodurch ein System aufgebaut werden kann, das unterschiedliche Datenströme bei unterschiedlichen Wellenlängen bei der Bitrate multiplexiert. Somit kann Umschalten in ungefähr 100 Pikosekunden (10 Gigabit/s) erreicht werden.In addition, the wavelength toggle at the same rate that data is being sent, whereby a system can be set up, the different data streams at different wavelength multiplexed at the bit rate. Thus, switching can take about 100 picoseconds (10 gigabit / s) can be achieved.

Außerdem können unterschiedliche Vorrichtungen unterschiedlicher Typen (z.B. unterschiedliche Typen von Lasern, Lasern und Detektoren, usw.) vermischt werden, wie in 37 aus einer Schnitt-Seitenansicht gezeigt.In addition, different devices of different types (eg different types of lasers, lasers and detectors, etc.) can be mixed, as in 37 shown from a sectional side view.

Wie in 37 gezeigt, werden Streifen von Lasern mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen 37-2202, 37-2206 erzeugt, wie auch zwei unterschiedliche Streifen von Photodetektoren mit komplementären Wellenlängen 37-2204, 37-2208. Die Streifen der ersten Vorrichtungen (erläuternd der Laser 37-2202 (λ1)) werden unter Verwendung der hierin beschriebenen Prozesse angebracht. Die Streifen der nächsten Vorrichtungen (erläuternd der Detektoren 37-2204 (Δλ1)) werden auf eine ähnliche Weise angebracht. Als Nächstes werden die Streifen der dritten Vorrichtungen (erläuternd der Laser 37-2206 (λ2)) auf eine ähnliche Weise angebracht. Schließlich werden die Streifen der letzten Vorrichtungen (erläuternd der Detektoren 37-2208 (Δλ2)) auf eine ähnliche Weise angebracht.As in 37 shown are strips of lasers with two different wavelengths 37- 2202 , 37- 2206 as well as two different strips of photodetectors with complementary wavelengths 37- 2204 , 37- 2208 , The strips of the first devices (illustratively the laser 37- 2202 (λ1)) are applied using the processes described herein. The strips of the next devices (illustratively the detectors 37- 2204 (Δλ1)) are applied in a similar manner. Next, the strips of the third devices (illustratively the laser 37- 2206 (λ2)) in a similar manner. Finally, the strips of the last devices (illustratively the detectors 37- 2208 (Δλ2)) in a similar manner.

Je nach dem bestimmten Fall kann das Substrat oder der Träger von allen Vorrichtungen auf einmal entfernt oder abgetragen werden, zum Beispiel wenn sie die Integration der nächsten Vorrichtungen nicht gestört haben, oder sie können entfernt oder abgetragen werden, nachdem jeder Satz von Vorrichtungen angebracht ist.ever according to the particular case, the substrate or the carrier of all devices are removed or removed at once, for example if they do not integrate the next devices disturbed have, or they can removed or removed after each set of devices is appropriate.

38 zeigt die Integration der Vorrichtungen von 37 aus einer Draufsicht. Wie gezeigt, werden alle Laser mit der ersten Wellenlänge angebracht. Danach werden alle Photodetektoren mit der ersten Wellenlänge angebracht. Danach werden alle Laser mit der zweiten Wellenlänge angebracht, gefolgt von allen Photodetektoren mit der zweiten Wellenlänge, so dass das Endergebnis ein vollständig integrierter Doppelwellenlängen-Sender/Empfänger-Chip ist, von dem ein Teil in vergrößerter Form auf der rechten Seite von 38 gezeigt ist. 38 shows the integration of the devices of 37 from a top view. As shown, all lasers are attached at the first wavelength. Thereafter, all photodetectors of the first wavelength are attached. Thereafter, all the second wavelength lasers are mounted, followed by all the second wavelength photodetectors, so that the end result is a fully integrated dual wavelength transmitter / receiver chip, a portion of which is on the right side of FIG 38 is shown.

Während das unmittelbar vorhergehenden Beispiel zwei Laser und zwei Detektoren verwendet hat, würde der Prozess unabhängig von der Zahl der unterschiedlichen Vorrichtungen natürlich im Wesentlichen derselbe sein, ob sie nun oben oder unten aktiv, gruppiert, alles Laser, alles Detektoren usw. sind, da ein Vorteil des Prozesses die Fähigkeit ist, zu mischen und zusammenzufügen – insbesondere auf einer Waferstufe.While that immediately preceding example, two lasers and two detectors would have used the process independent of course, in the number of different devices Be essentially the same, whether it's up, down, active, grouped, everything laser, everything detectors etc are as an advantage of the process the ability is to mix and put together - especially on a wafer stage.

In diesen Fällen kann die Integration leicht auf Basis einer individuellen Vorrichtung (oder eines Vorrichtungstyps) durchgeführt werden oder kann zum Beispiel in Streifen (wie gezeigt) oder nach Gruppen erfolgen, wobei das übriggelassene Substrat die Streifen 38-2202, 38-2204, 38-2206, 38-2208 oder Gruppe definiert.In these cases, the integration can be easily performed on the basis of an individual device (or device type), or can be done, for example, in stripes (as shown) or groups, with the left-over substrate containing the stripes 38-38. 2202 , 38- 2204 , 38- 2206 , 38- 2208 or group defined.

Und außerdem kann durch Integration von Gruppen von redundanten Lasern mit einer Wellenlänge mit solchen mit anderen Wellenlängen ein äußerst zuverlässiges DWDM- oder MWDM-Modul mit niedrigen Kosten hergestellt werden.And Furthermore can be achieved by integrating groups of redundant lasers with one Wavelength with those with other wavelengths a highly reliable DWDM or MWDM module be manufactured at low cost.

Somit kann, da im Stand der Technik keine integrierten Sender/Empfänger-Anordnungen für DWDM-Systeme als Einzelvorrichtungen zur Verfügung stehen, durch Integration von großen Zahlen von Lasern auf einem einzelnen Chip die Packungsgröße vermindert werden. Durch Integration von Anordnungen von zehn oder mehr Lasern mit zwei oder mehr unterschiedlichen Wellenlängen auf einem einzelnen Chip und Kopplung eines Satzes davon mit einer einzelnen Faser, zum Beispiel unter Verwendung eines faserbasierten Vereiniger/Umkehr-Strahlteilers, einer holografischen Linsenanordnung oder der Techniken der durch Bezugnahme aufgenommenen Anmeldungen mit dem Titel "Mehrstück-Faseroptik-Bauteil und -Herstellungstechnik", kann das Multiplexen von mehreren Wellenlängen in der Ausgangsfaser erreicht werden, in manchen Fällen ohne die Notwendigkeit, dass ein optomechanisches oder elektrooptisches Element das Umschalten durchführt (optisches Querverbinden).Thus, since there are no integrated transmitter / receiver arrangements for DWDM systems available as individual devices in the prior art, by incorporating large numbers of lasers on a single chip, package size can be reduced. By integrating arrays of ten or more lasers having two or more different wavelengths on a single chip and coupling a set thereof to a single fiber, for example using a fiber-based combiner / inverse beam splitter, a holographic lens array, or the techniques of reference In the filed applications entitled "Multi-Piece Fiber Optic Device and Manufacturing Technology", multiplexing of multiple wavelengths in the output fiber can be achieved, in some cases without the need for an opto-mechanical or electro-optical element to switch performs (optical cross-linking).

In einer weiteren Anwendung der Technik kann eine große Anordnung konstruiert werden, die sowohl als ein Pumplaser als auch als ein Kommunikationslaser dient, entweder zu unterschiedlichen Zeiten oder gleichzeitig.In Another application of the technique can be a large arrangement be constructed, both as a pump laser and as a Communication laser is used, either at different times or at the same time.

Prozess und Produkte bei aufeinanderfolgender Integration von mehreren VorrichtungenProcess and products at successive integration of multiple devices

Wenn elektrische Verbindungen zwischen den Chips, Packungen und Leiterplatten hergestellt werden, die ein optoelektronisches Modul bilden, werden typischerweise Drahtverbindungen verwendet, welche aus kurzen Drähten bestehen, die an einen oder mehrere der Chips, Packungen und Leiterplatten gelötet werden. Drahtverbindungen haben aufgrund ihrer großen Länge und daher hohen Kapazität und Induktivität einen begrenzten Frequenzgang.If electrical connections between the chips, packages and printed circuit boards be made, which form an optoelectronic module typically uses wire connections consisting of short wires, to one or more of the chips, packages and circuit boards soldered become. Wire connections have because of their large length and therefore high capacity and inductance a limited frequency response.

Daher ist die Verwendung von Drahtverbindungen zur Herstellung von schnellen optoelektronischen Modulen unerwünscht.Therefore is the use of wire bonds for making fast Optoelectronic modules undesirable.

In anderen Fällen, wenn auch keine Drahtverbindungen verwendet werden, werden Module auf Basis eines Integrationsprozesses "von innen nach außen" erzeugt, durch den die innersten Bauteile (und diejenigen äußeren Bauteile, die parallel angefertigt werden können) vereinigt werden, gefolgt von Integration der vereinigten Bauteile miteinander oder einer oder mehreren Leiterplatten usw., bis das ganze Modul fertig ist.In other cases, even if no wire connections are used, modules become generated on the basis of an integration process "from the inside out", through which the innermost components (and those outer components, which can be made in parallel), followed Integration of the combined components with each other or one or more boards, etc., until the whole module is finished.

So ein Prozess basiert am häufigsten auf der Lage der Bauteile im Modul und trägt typischerweise nicht dem Prozess Rechnung, durch den das Gesamtmodul erzeugt wird, oder der Wirkung, die die Integration von einem Bauteil auf ein anderes Bauteil (was verminderte Lebensdauer verursacht) oder deren Verbindung (die die Kapazität und/oder den Widerstand erhöht) hat. Daher können gegenwärtige Techniken in einem weniger zuverlässigen oder weniger leistungsfähigen Produkt resultieren, da Integration von einem Bauteil eine Verbindung für ein früher integriertes Bauteil schwächen, die Kapazität und/oder den Widerstand der Verbindung erhöhen und oder die Empfindlichkeit für thermische und/oder physische Beanspruchungen der Verbindung erhöhen kann.So a process is the most common on the location of the components in the module and is typically not the Process, by which the whole module is generated, or the Effect, which is the integration of one component on another component (which causes reduced life) or their connection (the the capacity and / or increases the resistance) Has. Therefore, you can current Techniques in a less reliable or less powerful product result because integrating one component connects for a previously integrated one Weaken component, the capacity and / or increase the resistance of the connection and / or the sensitivity for thermal and / or increase physical stresses on the connection.

Selbst wenn daher keine Drahtverbindungen verwendet werden, kann der bestimmte benutzte Prozess trotzdem eine unerwünschte und ungünstige Wirkung auf die Zuverlässigkeit und/oder Leistung des letztlich erzeugten Gesamtprodukts haben.Even therefore, if no wire connections are used, the particular used process nevertheless an undesirable and unfavorable effect on the reliability and / or performance of the ultimately generated overall product.

Wir haben einen Prozess entwickelt, der die Erzeugung eines aus einer Anzahl von Bauteilen bestehenden Moduls ermöglicht und der die Bauteile nicht mittels Drahtverbindungen verbindet. Wir haben weiterhin einen Prozess entwickelt, der nicht bewirkt, dass die Integration von Laserbauteilen einen ungünstige Wirkung auf früher integrierte Bauteile hat. Als Folge resultiert unser Prozess in einem Produkt, das zuverlässiger als das in Übereinstimmung mit den Prozessen im Stand der Technik hergestellte identische Produkt ist.We have developed a process of generating one out of one Number of components existing module allows and the components not connected by wire connections. We still have one Process that does not cause the integration of Laser components an unfavorable Effect on earlier has integrated components. As a result, our process results in a product that is more reliable as that in agreement identical product made with the processes of the prior art is.

Speziell haben wir unter Verwendung eines hierarchischen Befestigungsprozesses eine Packungstechnik geschaffen, die es ermöglicht, optische Vorrichtungen an elektronischen Chips zu befestigen, elektronische Chips an Packungen zu befestigen und Packungen an Leiterplatten zu befestigen, alles ohne Drahtverbindungen. Dies ermöglicht im Allgemeinen Verbindungen mit dem höchsten möglichen Frequenzgang (d.h., die Geschwindigkeit wird nur durch Bauteilefähigkeiten, nicht die Verdrahtung zwischen den Bauteilen begrenzt). Außerdem ermöglicht es ein zuverlässigeres Endprodukt.specially we have using a hierarchical attachment process created a packaging technique that allows optical devices to attach to electronic chips, electronic chips to packs to attach and attach packages to circuit boards, everything without wire connections. this makes possible generally compounds with the highest possible frequency response (i.e., the Speed is only through component capabilities, not the wiring limited between the components). It also allows a more reliable Final product.

Im Überblick, wir haben erkannt, dass bei Verwendung von unterschiedlichen Lötmittelmaterialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten und Befestigungstemperaturen und Anwendung einer bestimmten Befestigungsreihenfolge, die mit dem gerade verwendeten Befestigungsmaterial in Beziehung steht, im Gegensatz zu den Bauteilen, die gerade befestigt werden, der Prozess die im Stand der Technik vorhandenen Probleme nicht aufweist. Außerdem ist unser Prozess gut geeignet zur Erzeugung von nichtoptischen elektronischen Modulen und insbesondere gut geeignet zur Erzeugung von optoelektronischen Hochleistungsmodulen, bei denen Verminderung von Kapazität, Induktivität und Widerstand von wesentlichem Interesse sind.In overview, we have realized that when using different solder materials with different melting points and fixing temperatures and applying a specific mounting order, with relates to the fastening material currently being used, unlike the components that are currently being attached, the Process does not have the problems existing in the prior art. Furthermore our process is well suited for producing non-optical electronic modules and in particular well suited for generation of optoelectronic high power modules, where reduction of capacity, inductance and resistance are of significant interest.

In Übereinstimmung mit der Erfindung verwenden wir einen sequenziellen Prozess, wodurch mindestens:

  • 1. ein Lötmittelmaterial mit einem ersten Schmelzpunkt und einer ersten Befestigungstemperatur verwendet wird, um die erste Gruppe von Bauteilen aneinander zu befestigen, zum Beispiel eine oder mehrere optische Vorrichtungen) an einem elektronischen Chip;
  • 2. ein zweites Lötmittelmaterial mit einem zweiten Schmelzpunkt und einer zweiten Befestigungstemperatur verwendet wird, um die vorher zusammengefügten Bauteile an einem anderen Bauteil zu befestigen, zum Beispiel einen oder mehrere elektronische Chips) an einer Packung; und
  • 3. ein drittes Lötmittelmaterial mit einem dritten Schmelzpunkt und einer dritten Befestigungstemperatur verwendet wird, um eines oder mehrere der in ii) erzeugten Bauteile an einem anderen Bauteil zu befestigen, zum Beispiel eine oder mehrere Packung(en) an einer Leiterplatte.
In accordance with the invention we use a sequential process whereby at least:
  • 1. a solder material having a first melting point and a first attachment temperature is used to secure the first group of components together, for example one or more ops table devices) on an electronic chip;
  • 2. a second solder material having a second melting point and a second attachment temperature is used to attach the previously assembled components to another component, for example one or more electronic chips, on a package; and
  • 3. a third solder material having a third melting point and a third attachment temperature is used to attach one or more of the components produced in ii) to another component, for example, one or more packages on a circuit board.

Der Prozess kann durch unkomplizierte Materialwahl und Erweiterung des Prozesses auf dieselbe Weise wie oben auf vier oder mehr Befestigungsebenen erweitert werden.Of the Process can be achieved by uncomplicated material selection and extension of the Process in the same way as above on four or more mounting levels be extended.

Die in den drei oder mehr verschiedenen Befestigungsprozessen verwendeten Materialien werden spezifisch ausgewählt, da sie thermisch kompatibel sind. Mit anderen Worten, als Beispiel werden die Integrationsbedingungen für die Verbindung von Chip und Packung so gestaltet, dass die vor der Befestigung von Chip und Packung durchgeführte Verbindung von optischem Bauteil und Chip nicht beeinträchtigt wird.The used in the three or more different fastening processes Materials are specifically selected because they are thermally compatible are. In other words, as an example, the integration conditions for the Connection of the chip and the package designed to be before the attachment performed by chip and pack Connection of optical component and chip is not affected.

Speziell wird der Schmelzpunkt des Lötmittels für eine gegebene Befestigung im Allgemeinen so gewählt, dass er höher ist als die Schmelzpunkte für die Lötmittel, die in den Folgeschritten im Prozess verwendet werden.specially becomes the melting point of the solder for one given attachment generally chosen to be higher as the melting points for the solders, which are used in the following steps in the process.

Mit anderen Worten, das Lötmittel für den ersten Befestigungsschritt hat den höchsten Schmelzpunkt. Das Lötmittel für den zweiten Befestigungsschritt hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als das im ersten Befestigungsschritt verwendete Lötmittel. Das Lötmittel für den dritten Befestigungsschritt hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als die beiden in den vorhergehenden zwei Befestigungsschritten verwendeten Lötmittel. Je nach der bestimmten Realisierung können ein vierter oder mehr Befestigungsschritte einbezogen werden.With in other words, the solder for the first attachment step has the highest melting point. The solder for the second attachment step has a lower melting point than the solder used in the first attachment step. The solder for the third attachment step has a lower melting point than the two used in the previous two mounting steps Solder. Depending on the particular realization, a fourth or more Attachment steps are included.

Falls irgendein Schritt ein anderes wärmesensitive Klebemittel als Lötmittel einbezieht, gilt dieselbe Prozedur. Das heißt, seine Schmelztemperatur muss ebenfalls so hoch sein, dass Erwärmen des Klebemittels auf seinen Schmelzpunkt nicht darin resultiert, dass die Temperatur den Schmelzpunkt der für alle vorhergehenden Verbindungen verwendeten Materialien übersteigt, wie an den vorhergehenden Verbindungsstellen gemessen.If some step another heat-sensitive Adhesive as solder involves the same procedure. That is, its melting temperature must also be so high that heating the adhesive on his Melting point does not result in the temperature being the melting point the for exceeds all previous materials used, as measured at the previous joints.

Dasselbe gilt typischerweise, obwohl nicht immer notwendig, für die Befestigungstemperaturen relativ zueinander, d.h. die Befestigungstemperatur für einen gegebenen Schritt wird höher sein als die Befestigungstemperatur des in irgendeinem Folgeschritt verwendeten Materials.The same thing Typically, though not always necessary, applies to the mounting temperatures relative to each other, i. the mounting temperature for one given step gets higher its as the mounting temperature of in any subsequent step used material.

In manchen Varianten ist es möglich, dasselbe Material und dementsprechend dieselben Schmelz- und Befestigungstemperaturen für sämtliche Schritte vorzusehen, vorausgesetzt, dass die an den vorhergehenden Verbindungsstellen gemessene Temperatur die Schmelztemperatur nicht übersteigt.In some variants it is possible the same material and, accordingly, the same melting and fixing temperatures for all Provide steps, provided that at the previous Connection points measured temperature does not exceed the melting temperature.

Bemerkenswert, ist dass es in manchen Fällen sein kann, dass die Befestigungstemperatur in einem Schritt höher ist als der Schmelzpunkt eines vorhergehenden Schritts. Dies ist aber kein Problem, da durch Verwendung eines Verkapselungsmittels oder aufgrund des Abstands der bestimmten betroffenen Bauteile die vorher zusammengefügten Bauteile an der oder den Kontaktstelle(n) keine so hohe Temperatur erreichen, dass diese eine ungünstige Wirkung hat.Remarkable, is that in some cases may be that the mounting temperature is higher in one step as the melting point of a previous step. This is but no problem, as by using an encapsulant or due to the spacing of the particular components involved, the previously joined Components at the contact point (s) do not have such a high temperature achieve that this is an unfavorable one Has effect.

Nachdem unser Prozess auf eine allgemeine Weise beschrieben worden ist, wird der Prozess jetzt anhand von zwei Beispielen beschrieben. Im ersten Beispiel wird ein optoelektronisches Sender/Empfänger-Modul-Produkt erzeugt. Das Produkt besteht aus mehreren Lasern (einem optischen Chip), die mit einem elektronischen Chip integriert sind, und mehreren Photodetektoren (einem zweiten optischen Chip), die mit einem anderen elektronischen Chip integriert sind. Die zwei elektronischen Chips werden zu einer Packung integriert, welche auf einer elektronischen Leiterplatte integriert wird.After this our process has been described in a general way The process is now described using two examples. in the The first example will be an opto-electronic transmitter / receiver module product generated. The product consists of several lasers (an optical Chip), which are integrated with an electronic chip, and several Photodetectors (a second optical chip) with another integrated electronic chip. The two electronic chips are integrated into a pack, which on an electronic PCB is integrated.

Das zweite Beispiel erzeugt einen ähnlichen Sender/Empfänger, außer dass beide optischen Chips (d.h. Laser-Chip und Photodetektor-Chip) einen gemeinsamen elektronischen Chip gemeinsam benutzen und ein zusätzliches Bauteil, das für Ausrichtung von Fasern mit den optischen Vorrichtungen verwendet wird, mittels eines wärmeaktivierten Klebstoffs am elektronischen Chip befestigt wird.The second example produces a similar one Transmitter-receiver, except that both optical chips (i.e., laser chip and photodetector chip) to share and use a common electronic chip additional Component for Alignment of fibers used with the optical devices is, by means of a heat-activated Adhesive is attached to the electronic chip.

Beispiel 1example 1

In diesem Beispiel sind der Teil des Prozesses, die Kombination von Verbindungsmaterialien (d.h. Lötmittelmetallen), Schmelzpunkte und Befestigungstemperaturen in Tabelle 4 gezeigt.In This example is the part of the process, the combination of Bonding materials (i.e., solder metals), Melting points and attachment temperatures are shown in Table 4.

Figure 00540001
Tabelle 4
Figure 00540001
Table 4

In diesem Beispiel beginnt der erste Teil des Prozesses mit der Befestigung der optischen Vorrichtungen an einem integrierten Schaltkreis (IC). Dies geschieht mit einem Material, das den höchsten Schmelzpunkt hat (im Beispiel Au 20%/Sn 80% mit einem Schmelzpunkt von 280°C). Die zusammenzufügenden Verbindungsstellen werden zusammengebracht, und die Temperatur wird über den Schmelzpunkt erhöht, damit das Lötmittel schmilzt. Die zusammengefügten Bauteile werden dann unter den Schmelzpunkt abgekühlt, so dass das Lötmittel vollständig aushärtet.In In this example, the first part of the process begins with the fixture the optical devices on an integrated circuit (IC). This happens with a material that has the highest melting point (im Example Au 20% / Sn 80% with a melting point of 280 ° C). The joints to be joined are brought together, and the temperature is above the Melting point increased, with it the solder melts. The joined together Components are then cooled below the melting point, so that the solder Completely cures.

Der integrierte optoelektronische IC, der die Laser enthält, und der integrierte optoelektronische IC, der die Detektoren enthält, werden dann unter Verwendung eines Lötmittels mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als der Schmelzpunkt des früheren Lötmittelmaterials an der IC-Packung befestigt, um eine optoelektronische Modul-Packung zu erzeugen. In diesem Fall wird ein Lötmittel mit Sn 95%/Sb5% verwendet (Schmelztemperatur von 240°C). Die Kontakte auf dem Laser-IC und dem Detektor-IC werden mit ihren jeweiligen Verbindungsstellen auf der IC-Packung zusammengebracht. Die Bauteile werden dann auf eine Temperatur über 240°C, aber unter 280°C erwärmt, so dass das Lötmittel der früheren Verbindungsstelle(n) nicht neu geschmolzen werden. Die zusammengefügten Bauteile werden dann unter die Schmelztemperatur des Lötmittels abgekühlt, um die neue(n) Verbindungsstelle(n) auszuhärten.Of the integrated optoelectronic IC containing the lasers, and the integrated optoelectronic IC containing the detectors become then using a solder having a melting point lower than the melting point of the former solder material attached to the IC package to form an optoelectronic module package to create. In this case, a solder with Sn 95% / Sb5% is used (Melting temperature of 240 ° C). The contacts on the laser IC and the detector IC become with their respective joints on the IC package brought together. The components are then heated to a temperature above 240 ° C, but below 280 ° C, so that the solder the former Junction (s) not remelted. The assembled components are then cooled below the melting temperature of the solder to cure the new joint (s).

Der Endteil des temperatursensitiven Verbindungsprozesses umfasst die Befestigung der Modulpackung(en) an einer Leiterplatte, um das Modul zu erzeugen. Dies geschieht mit einem Lötmittelmaterial, das eine niedrigere Schmelztemperatur als eines der zwei früher verwendeten Lötmittel hat. In diesem Fall wird ein Lötmittel mit Sn 63%/Pb 37% mit einer Schmelztemperatur von 180°C verwendet. Die Kontakte auf den zusammenzufügenden Teilen werden zusammengebracht und auf eine Temperatur zwischen 180°C und 240°C erwärmt. Das Modul wird dann unter die Schmelztemperatur des Lötmittels abgekühlt, um die neue(n) Verbindungsstelle(n) auszuhärten.Of the End part of the temperature-sensitive connection process includes the Attach the module package (s) to a circuit board around the module to create. This happens with a solder material that has a lower Melting temperature as one of the two previously used solder Has. In this case, a solder becomes with Sn 63% / Pb 37% with a melting temperature of 180 ° C used. The contacts on the merge Sharing is brought together and at a temperature between 180 ° C and Heated to 240 ° C. The Modulus will then be below the melting temperature of the solder cooled, to cure the new joint (s).

Somit stört oder unterbricht die Befestigung die früheren Verbindungen nicht, da jede nachfolgende Befestigung eine Temperatur unter der Temperatur aller früheren Befestigungen beinhaltet.Consequently disturbs or The attachment does not interrupt the earlier connections because every subsequent attachment a temperature below the temperature all previous ones Includes fixings.

Beispiel 2Example 2

In diesem Beispiel wird ein ähnlicher Prozess benutzt, um einen ähnlichen Sender/Empfänger zu erzeugen, außer dass beide optischen Chips (d.h. Laser-Chip und Photodetektor-Chip) einen gemeinsamen elektronischen Chip gemeinsam benutzen und und ein zusätzliches Bauteil, das für Ausrichtung von Fasern mit den optischen Vorrichtungen verwendet wird, mittels eines wärmeaktivierten Klebstoffs, der elektrisch nichtleitend ist und eine Schmelztemperatur von 230°C und eine Aushärtetemperatur von 230°C hat, am elektronischen Chip befestigt wird. Als Folge wird der Prozess so abgeändert, dass die Befestigung des Bauteils, das den Klebstoff benötigt, vor der Befestigung des Moduls an der Leiterplatte durchgeführt wird. Die in den Prozess einbezogenen Schritte und Materialien sind in Tabelle 5 gezeigt.

Figure 00560001
Tabelle 5 In this example, a similar process is used to produce a similar transceiver, except that both optical chips (ie, laser chip and photodetector chip) share a common electronic chip, and an additional fiber alignment device with the optical devices is attached to the electronic chip by means of a heat-activated adhesive which is electrically non-conductive and has a melting temperature of 230 ° C and a curing temperature of 230 ° C. As a result, the process is modified so that the attachment of the component requiring the adhesive is performed prior to mounting the module to the circuit board. The steps and materials involved in the process are shown in Table 5.
Figure 00560001
Table 5

Der Prozess geht wie oben vonstatten. Zuerst werden die optischen ICs beide mit dem elektronischen IC verbunden. Als Nächstes wird der optoelektronische IC durch Schmelzen des Lötmittels über 240°C, aber unter 280°C, an der Packung befestigt. Danach wird das Ausrichtungsstück unter Verwendung einer Temperatur zwischen 230°C und 240°C mit der Packung verbunden. Schließlich wird die Packung unter Verwendung einer Temperatur zwischen 180°C und 230°C an der Leiterplatte befestigt.Of the Process proceeds as above. First, the optical ICs both connected to the electronic IC. Next, the optoelectronic IC by melting the solder above 240 ° C, but under 280 ° C, on attached to the pack. Thereafter, the alignment piece is under Using a temperature between 230 ° C and 240 ° C associated with the pack. After all the packing is heated using a temperature between 180 ° C and 230 ° C at the PCB attached.

Bekanntermaßen gibt es zahlreiche verschiedene Lötmittel, von reinem Gold zu Legierungen und Eutektika von Metallen wie z.B. Silber, Blei, Zinn, Antimon, Wismut oder anderen Metallen. Tabelle 6 zeigt nur ein einige der vielen Lötmittel, die gegenwärtig im Handel erhältlich sind, zusammen mit ihren jeweiligen ungefähren Schmelzpunkten.As is known, there there are many different solders, from pure gold to alloys and eutectics of metals such as e.g. Silver, lead, tin, antimony, bismuth or other metals. table 6 only shows a few of the many solders currently in use Trade available are, along with their respective approximate melting points.

Figure 00570001
Figure 00570001

Figure 00580001
Tabelle 6
Figure 00580001
Table 6

Ähnlich gibt es wärmeaktivierte Klebstoffe, die elektrisch nichtleitend sind und in Verbindung mit den oben erwähnten Lötmitteln in Übereinstimmung mit der hierin beschriebenen Technik verwendet werden können.Similarly it heat activated Adhesives that are electrically non-conductive and in conjunction with the above mentioned solders in accordance can be used with the technique described herein.

Außerdem ist weiterhin zu erkennen, dass der Schmelzpunkt eines für einen bestimmten Schritt verwendeten Materials höher sein kann als der eines in einem früheren Schritt verwendeten Materials, vorausgesetzt, dass die Temperatur an der oder den früheren Verbindungsstelle(n) unter dem Schmelzpunkt von deren Verbindungsmaterial bleibt. Zum Beispiel, wird unter Bezugnahme auf Beispiel 1 oben der optoelektronische IC mit einem Verkapselungsmittel beschichtet, das den optoelektronischen IC bis zu einem gewissen Grad wärmeisoliert, kann es möglich sein, die Temperatur über die Temperatur des Schmelzpunkts Materials zu erhöhen, das den optischen IC mit dem elektronischen IC verbindet, da die Temperatur an der Verbindungsstelle aufgrund des Verkapselungsmittels den Schmelzpunkt nicht übersteigen wird. Wenn die zusammenzufügenden Bauteile durch einen Zwischenraum oder eine Wärmeabschirmung oder Wärmesenke ausreichend getrennt sind, und solange die Schmelztemperatur an den früheren Verbindungsstellen nicht überschritten wird, kann zusätzlich oder alternativ die Temperatur an der neuen Verbindungsstelle überschritten werden. Wurde daher in Beispiel 2 eine Wärmeabschirmung zwischen die vorher verbundenen Bauteile und das Ausrichtungsstück gelegt oder hatte es genügenden Abstand von den früheren Verbindungen, so konnte die lokale Temperatur an der Verbindungsstelle des Ausrichtungsstücks 240°C übersteigen, vorausgesetzt, die Temperatur an den früheren Verbindungsstellen überstieg 240°C nicht.Besides that is continue to recognize that the melting point of a for a certain step of the material used may be higher than that of one in an earlier Step used material, provided that the temperature at the or the former Joint (s) below the melting point of their bonding material remains. For example, referring to Example 1 above the optoelectronic IC is coated with an encapsulant, which thermo-isolates the optoelectronic IC to a certain extent, It may be possible be, the temperature over to increase the temperature of the melting point of the material connecting the optical IC to the electronic IC as the temperature at the junction due to the encapsulant the melting point do not exceed becomes. If the merge Components through a gap or a heat shield or heat sink are sufficiently separated, and as long as the melting temperature the former Connection points not exceeded can, in addition or alternatively, the temperature at the new junction exceeded become. Therefore, in Example 2, a heat shield between the previously connected components and the alignment piece laid or had it enough Distance from the earlier ones Connections, so could the local temperature at the junction of the alignment piece Exceed 240 ° C, provided that the temperature at the previous joints exceeded 240 ° C not.

Selbst bei Einschränkung der Kombinationen auf die Lötmittel von Tabelle 6 erkennt man, dass die verschiedenen speziellen möglichen Kombinationen zu zahlreich sind, um sie aufzulisten. Es ist zu erkennen, dass die Verwendung von verschiedenen Kombinationen von Materialien (wie zum Beispiel aus den in Tabelle 6 aufgelisteten Lötmitteln ausgewählte und/oder hierin angegebene Lötmittel) in Übereinstimmung mit der hierin beschriebenen Technik unkompliziert zahlreiche Varianten in Übereinstimmung mit der Erfindung ergibt. Der wichtige Aspekt ist nicht die bestimmten Materialien, sondern vielmehr die Beziehung zwischen den Schmelzpunkten der für jeden Folgeschritt im Prozess verwendeten Materialien. Mit anderen Worten, solange die Lötmittelmaterialien für den bestimmten Zweck geeignet sind und die verschiedenen Bauteile in aufeinander folgenden Schritten zusammengefügt werden, wobei jede Folgeverbindung ein Lötmittel beinhaltet, das geschmolzen werden kann, ohne die Schmelztemperatur an den früheren Verbindungsstellen zu übersteigen, funktioniert der Prozess.Even with restriction combinations on the solder From Table 6 it can be seen that the various special possible Combinations are too numerous to list. It can be seen that the use of different combinations of materials (such as for example, from the solders listed in Table 6 selected and / or solder specified herein) in accordance with the technique described herein uncomplicated numerous variants in accordance with the invention results. The important aspect is not the specific one Materials, but rather the relationship between the melting points the for every subsequent step in the process used materials. With others Words, as long as the solder materials for the intended purpose and the various components in consecutive steps are merged, with each follow-up connection a solder which can be melted without the melting temperature at the earlier To exceed joints, works the process.

Schließlich ist zu erkennen, dass der oben erwähnte Prozess nicht für alle Bauteile einer bestimmten Baugruppe benutzt werden muss. Basierend auf Beispiel 1 kann zum Beispiel der optoelektronische Sender/Empfänger ein Teil einer Baugruppe sein, die weiterhin ein Gehäuse, einen oder mehrere Lüfter, Verbinder, Kabel usw. enthält. Ähnlich kann eine bestimmte Baugruppe aus mehreren Modulen hergestellt werden, von denen einige unter Verwendung des hierin beschriebenen Prozesses erzeugt werden, zum Beispiel jenem von Beispiel 2, und andere unter Verwendung eines Prozesses nach dem Stand der Technik hergestellt wurden oder ein in Übereinstimmung mit einer Variante des Prozesses (d.h. drei bestimmte Materialien) erzeugtes Modul und ein weiteres in Übereinstimmung mit einer anderen Variante des Prozesses (d.h., mindestens eines der Materialien unterscheidet sich von den im ersten Modul verwendeten bestimmten Materialien) erzeugtes Modul aufweisen.Finally, it can be seen that the process mentioned above does not apply to all the components of a particular one Assembly must be used. For example, based on example 1, the optoelectronic transceiver may be part of an assembly that further includes a housing, one or more fans, connectors, cables, and so on. Similarly, a particular assembly may be made from multiple modules, some of which are produced using the process described herein, for example that of Example 2, and others made using a prior art process or one in accordance with a variant module produced in the process (ie three specific materials) and another module produced in accordance with another variant of the process (ie, at least one of the materials differs from the particular materials used in the first module).

Es ist zu erkennen, dass die obige Beschreibung nur Ausführungsbeispiele darstellt. Zum Vorteil des Lesers hat sich die obige Beschreibung auf eine repräsentative Auswahl aus allen möglichen Ausführungsformen konzentriert, eine Auswahl, die die Prinzipien der Erfindung lehrt. Die Beschreibung hat nicht versucht, alle möglichen Varianten erschöpfend aufzuzählen. Dass alternative Ausführungsformen für einen bestimmten Teil der Erfindung möglicherweise nicht alle dargestellt wurden, oder dass weiteren nicht beschriebene Ausführungsformen möglicherweise für einen Teil zur Verfügung stehen, ist nicht als ein Disclaimer für diese alternativen Ausführungsformen anzusehen. Ein Fachmann erkennt, dass viele dieser nicht beschriebenen Ausführungsformen, die dieselben Prinzipien der Erfindung enthalten, und andere äquivalent sind.It It will be appreciated that the above description is illustrative only represents. For the benefit of the reader, the above description has on a representative Choice of all sorts embodiments focused, a selection that teaches the principles of the invention. The description did not try to enumerate all possible variants exhaustively. That alternative embodiments for one certain part of the invention possibly not all have been presented, or that further not described embodiments possibly for one Part available is not a disclaimer for these alternative embodiments to watch. A person skilled in the art recognizes that many of these are not described Embodiments, which contain the same principles of the invention, and others equivalent are.

Claims (10)

Einheit, umfassend: eine Anordnung von Lasern (102, 210, 402, 404), Treiberelektronikteile (104, 212, 412) und eine Anordnung von Modulatoren (100, 200, 300, 400), die alle zusammen in einem Stapel integriert sind, um eine konstruktive Einheit zu bilden; wobei die Anordnung von Lasern (102, 210, 402, 404) eine Emissionsoberfläche aufweisen, durch die hindurch Strahlen in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung emittiert werden können, um eine Emissionsseite zu definieren; wobei die Treiberelektronikteile (104, 212, 412) mit einer der Emissionsseite der Anordnung von Lasern entgegengesetzten Seite verbunden sind; und wobei die Anordnung von Modulatoren (100, 200, 300, 400) auf der Emissionsseite der Anordnung von Lasern liegen und über eine elektrische Verbindung (206, 208, 416), die durch die Anordnung von Lasern hindurchgeht, direkt mit den Treiberelektronikteilen verbunden sind,A unit comprising: an array of lasers ( 102 . 210 . 402 . 404 ), Driver electronics parts ( 104 . 212 . 412 ) and an array of modulators ( 100 . 200 . 300 . 400 ) all integrated together in a stack to form a constructive unit; the arrangement of lasers ( 102 . 210 . 402 . 404 ) have an emission surface through which rays can be emitted in a substantially vertical direction to define an emission side; the driver electronics parts ( 104 . 212 . 412 ) are connected to an emission side of the array of lasers opposite side; and wherein the arrangement of modulators ( 100 . 200 . 300 . 400 ) on the emission side of the array of lasers and via an electrical connection ( 206 . 208 . 416 ) passing through the array of lasers are directly connected to the drive electronics parts, Einheit nach Anspruch 1, bei der die Anordnung von Lasern eine Anordnung von Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslasern (VCSELs) ist.A unit according to claim 1, wherein the arrangement of Lasers an array of vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs). Einheit nach Anspruch 1, bei der die Anordnung von Lasern eine Anordnung von Lasern mit verteilter Rückkopplung (DFB) ist.A unit according to claim 1, wherein the arrangement of Lasers an array of distributed feedback lasers (DFB) is. Einheit nach Anspruch 1, bei der die Anordnung von Lasern eine Anordnung von Lasern mit verteilten Bragg-Reflektoren (DBR) ist.A unit according to claim 1, wherein the arrangement of Lasers an array of lasers with distributed Bragg reflectors (DBR) is. Einheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der die Laser oben emittierende oder unten emittierende Laser sind.A unit according to any one of claims 2 to 4, wherein the lasers top emitting or bottom emitting lasers are. Einheit nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Laser weiterhin Elemente umfassen, die bewirken, dass die Laser senkrecht zu einer Wafer-Ebene der Laser emittieren.A unit according to claim 3 or 4, wherein the lasers Continue to include elements that cause the laser to be perpendicular to emit a wafer plane of the laser. Einheit nach Anspruch 6, bei der die Elemente Gitter sind, die bewirken, dass die Laser oben emittieren oder unten emittieren.A unit according to claim 6, wherein the elements are gratings which cause the lasers to emit at the top or emit below. Einheit nach Anspruch 6, bei der die Elemente Mikrospiegel sind, die bewirken, dass die Laser oben emittieren oder unten emittieren.A unit according to claim 6, wherein the elements are micromirrors which cause the lasers to emit at the top or emit below. Einheit nach Anspruch 1, bei der mindestens einige der Modulatoren für externe Modulation der Strahlen konfiguriert sind.A unit according to claim 1, wherein at least some the modulators for external modulation of the beams are configured. Einheit nach Anspruch 1, bei der mindestens einige der Modulatoren als Detektoren konfiguriert sind.A unit according to claim 1, wherein at least some the modulators are configured as detectors.
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